Разработка технологии изготовления детали "Вал"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический университет» (ТПУ)

Школа ИШНПТ

Направление подготовки 15.03.01 Машиностроение

Отделение школы (НОЦ) Материаловедение

БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА

Тема работы

Разработка технологии изготовления детали «Вал»

Студент Мирошниченко Артем Евгеньевич

Руководитель ВКР

Коротков Владимир Сергеевич к.т.н.

Томск - 2020 г.

Результаты обучения по программе

Код результата	Результат обучения
	Общие по направлению подготовки (специальности)
Р1	Способность применять базовые и специальные знания в области математических, естественных, гуманитарных и экономических наук в комплексной инженерной деятельности на основе целостной системы научных знаний об окружающем мире; умение ис - пользовать основные законы естественнонаучных дисциплин, методы математического анализа и моделирования, основы теоре - тического и экспериментального исследования в комплексной инженерной деятельности с целью моделирования объектов и технологических процессов в машиностроении, используя стандартные пакеты и средства автоматизированного проектирования машиностроительной и сварочной продукции.
Р4	Способность эффективно работать индивидуально и в качестве члена команды, демонстрируя навыки руководства отдельными группами исполнителей, в том числе над междисциплинарными проектами, уметь проявлять личную ответственность, привер - женность профессиональной этике и нормам ведения профессиональной деятельности.
Р7	Умение проводить предварительное технико-экономическое обоснование проектных решений, выполнять организационно - плановые расчеты по созданию или реорганизации производственных участков, планировать работу персонала и фондов оплаты труда, применять прогрессивные методы эксплуатации технологического оборудования при изготовлении изделий машиностроения и сварочного производства
Р8	Умение применять стандартные методы расчета деталей и узлов машиностроительных изделий и конструкций, выполнять проект - но-конструкторские работы, составлять и оформлять проектную и технологическую документацию соответственно стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам, в том числе с использованием средств автоматизированного проектирования, выполнять работы по стандартизации, технической подготовке к сертификации технических средств, систем, процессов, оборудования и материалов, организовывать метрологическое обеспечение технологических процессов, подготавливать документацию для создания системы менеджмента качества на пред - приятии.
Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств
Р11	Умение применять современные методы для разработки малоот - ходных, энергосберегающих и экологически чистых машино - строительных и строительно-монтажных технологий, обеспечивающих безопасность жизнедеятельности людей и их защиту от возможных последствий аварий, катастроф и стихийных бедствий, умение применять способы рационального использования сырьевых, энергетических и других видов ресурсов в машиностроении и строительстве, применять методы стандартных испы - таний по определению физико-механических свойств и технологических показателей используемых материалов и готовых изделий.
Р12	Умение обеспечивать соблюдение технологической дисциплины при изготовлении изделий машиностроительного производства, осваивать новые технологические процессы производства продукции, применять методы контроля качества новых образцов изделий.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ:

Исходные данные к работе (наименование объекта исследования или проектирования; производительность или нагрузка; режим работы (непрерывный, периодический, циклический и т. д.); вид сырья или материал изделия; требования к продукту, изделию или процессу; особые требования к особенностям функционирования (эксплуатации) объекта или изделия в плане безопасности эксплуатации, влияния на окружающую среду, энергозатратам; экономический анализ и т. д.).	Чертёж детали "Вал" Технологический процесс изготовления детали 1500 шт./год Сталь 40Х Особых требований нет
Перечень подлежащих исследованию, проектированию и разработке вопросов (аналитический обзор по литературным источникам с целью выяснения достижений мировой науки техники в рассматриваемой области; постановка задачи исследования, проектирования, конструирования; содержание процедуры исследования, проектирования, конструирования; обсуждение результатов выполненной работы; наименование дополнительных разделов, подлежащих разработке; заключение по работе).	Технологическая часть: Определение типа производства, анализ технологичности конструкции детали, разработка маршрутного техпроцесса, размерный анализ, расчёт режимов резания, подбор оборудования, расчёт основного времени. Конструкторская часть: расчёт и проектирование оснастки.
Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)	Чертеж детали, размерный анализ технологического процесса, карта технологического процесса, чертеж приспособления.
Консультанты по разделам выпускной квалификационной работы (с указанием разделов)
Раздел	Консультант
Технологическая часть	Шибинский Константин Григорьевич
Конструкторская часть	Шибинский Константин Григорьевич.
Финансовый менеджмент	Криницына Зоя Васильевна
Социальная ответствен ность	Белоенко Елена Владимировна
Названия разделов, которые должны быть написаны на русском и иностранном языках:

РЕФЕРАТ

Выпускная квалификационная работа содержит 123 страницы, 36 рисунка, 25 таблицы, 22 источников литературы, 6 приложений.

Ключевые слова в работе: вал, деталь, технологический процесс, размерный анализ, приспособление, режущий инструмент, патрон.

Рассмотренным обьектом исследования являются вал, его технологический процесс и приспособление для изготовления.

Цель работы заключается в разработке наиболее эффективного технологического процесса с экономической и технологической точки зрения.

В ходе разработки проводились: изучение базового технологического процесса, расчет припусков, расчет технологических размеров, расчет норм времени операций техпроцесса, подбор оборудования установленного на ПК «Казцинкмаш».

Основные конструктивные, технологические и технико эксплуатационные характеристики: вал -- деталь машины, предназначенная для передачи крутящего момента и восприятия действующих сил со стороны расположенных на нем деталей и опор. В качестве материала для изготовления детали используется сталь 40Х.

Разработанный технологический процесс изготовления детали «Вал» и разработанное приспособление планируем внедрить в производство.

Введение

Темой выпускной квалификационной работы является разработка технологии изготовления вала. Что позволяет повысить навыки разработки технологического процесса изготовления деталей и закрепить теоретические знания по дисциплине «Технология машиностроения».

Каждое машиностроительное предприятие ставит задачу продвижения своих товаров на рынке, а также улучшения качества процессов выпуска продукции.

Исходя из потребности в создании серийного производства, увеличиваем программу выпуска рассматриваемого изделия на ПК «Казцинкмаш» до 1500 валов в год.

Машиностроение играет фундаментальную роль в модернизации научно - технического прогресса, повышении производительности труда, переводе экономики на интенсивный путь развития и создании условий, определяющих развитие многих видов производства и промышленности. Важными задачами машиностроения являются совершенствование технологических процессов, внедрение автоматизации производства и точной механизации. Также необходимо использовать положительные результаты в науки, при разработке или получении новый продуктов, совершенствовать методы управления персоналом, следить за нормами охраны труда, отдыхом, организацией питания персонала.

Для выполнения работы нужно рассчитать режимы резания и припуски на обработку. Назначить оборудование, приспособление, инструмент, с помощью которого будет производиться обработка детали. Так же, необходимо рассчитать время обработки, необходимое для изготовления детали. Разработанный технологический процесс должен соответствовать требованиям экономической эффективности изготовления детали.

1. Технологическая часть

1.1 Исходные данные

Разработать и проработать технологический процесс изготовления детали - вал. Чертеж детали представлен на рисунке 1;а 3Д модель на рисунке 2.

Предлагаемая годовая программа выпуска: 1500 шт.

Рисунок 1 - Чертеж детали

Рисунок 2 - 3Д модель детали

1.2 Определение типа производства

Тип производства определяем по коэффициенту закрепления операций, который находим по формуле:

Среднее штучно - калькуляционное время на выполнение операций технологического процесса:

где Т(ш.к і) - штучно - калькуляционное время i- ой основной операции, мин.;

Предлагаю выделить основное операций две токарные с числовым программным управлением и одна шлифовальная операции (см. операционную карту)(п=3).

1.3 Анализ технологичности конструкции детали

Деталь имеет некоторые сложности в изготовлении. Деталь непосредственно требует и применение специального оборудования, такого как зубодолбежный и зубофрезерный станок. Но тем же временем обеспечивается свободный доступ инструмента ко всем обрабатываемым поверхностям, деталь имеет хорошую жесткость для изготовления. На детали присутствуют совокупность поверхностей, которые могут быть использованы в качестве технологических баз.

Форма детали позволяет использовать металлопрокат в качестве заготовки и не требует применения дорогостоящего литья или изготовления штампа для штамповки. Предварительная обработка будет производиться на станке с числовым программным управлением ROMI G50, а именно диаметр 70js11 окончательную - на шлифовальном, внутреннею обработку полностью изготавливать на станке с числовым программным управлением.

Для изготовления детали применяется сталь 40Х. Химические состав стали представлен в таблице 1. Сталь 40х - Сталь конструкционная углеродистая качественная.

Таблица 1 Химический состав стали 40х

C	Si	Mn	S	P	Ni	Gr	Cu	Fe
углерод	кремний	марганец	сера	фосфор	никель	хром	медь	железо
0,36-044	0,17-0,37	0,5-0,8	До 0,035	До 0,035	До 0,3	0,8-1,1	До 0,3	~97

Все необходимые виды содержатся в чертеже, которые дают представление о форме и размерах детали. Размеры и требования чертежа охватывают все формообразующие поверхности с указанием допусков на изготовление. Обозначения шероховатостей выполнены в соответствии с требованиями по оформлению чертежей по ЕСКД ГОСТ 2.001-93. Анализируя параметры точности размеров детали, можно заметить, что почти на все поверхности назначены относительно грубые допуски, что позволяет использовать не точное оборудование и простой измерительный инструмент. Наличие точных поверхностей 0 JS (±0,095) подразумевает использование шлифовальной операции, обеспечивающей высокую точность размера, 0 Н (+0,046) можно выполнить чистовое растачивание на станке с числовым программным управлением. Относительно качества поверхностного слоя не было предьявлено жестких требований по обеспечению низкого параметра шероховатости. Параметры шероховатости Ra 10,0 мкм для всех поверхностей, а также Ra0,63 для поверхности 0 JS (±0,095) могут быть выдержаны непосредственно при шлифовальной обработке, а Ra2,5 можно выдержать при помощи использования современного режущего инструмента, т.е. без необходимости применения доводочных операций. На чертеже стоит обозначений твердости, а значит термообработка предполагается.

С учетом изложенного можно сделать вывод, что конструкция детали - технологична.

1.4 Выбор исходной заготовки

С учетом технологических свойств материала детали (материал детали сталь 40х), ее габаритов и массы, требований к механическим свойствам (особых требований нет), а также типом производства (среднесерийный) выбираем в качестве исходной заготовки - прокат горячекатаный, рисунок 2.

Используем размер проката D90, так как множество фирм предлагают данный прокат, что следовательно можно выбрать более дешевого поставщика.

1.5 Анализ существующего технологического процесса

В базовом технологическом процессе, изготовления детали "Вал" применяем современное оборудование токарно-обрабатывающие центра Romi G50, зубофрезерный станок OFA 75CNC6, но явным недостатком будет применение ручного труда и низко-производительного оборудования с ручным управлением. Базовый технологический процесс разработан с учетом производства на ПК «Казцинкмаш».

В таблице 2 Приведен базовый технологический процесс.

Таблица 2 Базовый технологический процесс

№ операции	Название операции	Краткое содержание операции
005	Отрезная	Отрезать заготовку из круглого проката
010	Токарная с числовым программным управлением	Подрезать левый торец и обработать по контуру со стороны левого торца
015	Токарная с числовым программным управлением	Подрезать правый торец и обработать по контуру со стороны правого торца
020	Зубофрезерная с числовым программным управлением	Нарезать наружный шлиц
025	Зубодолбежная	Нарезать внутренний шлиц
030	Поверхностная закалка	Произвести термообработку наружной поверхности и шлицев
035	Круглошлифовальная	Шлифовать выдерживая размеры и частоту поверхности
040	Слесарная	Зачистить заусенцы, притупить кромки
045	Помывочная	Помыть деталь
050	Контрольная ОТК	Произвести замер всех поверхностей
055	Консервация	Консервировать деталь

1.6 Проектирование маршрутного технологического процесса и операций

Базовый технологический процесс не подходит по операциям 010, 015, 020, 025, 035 тогда разрабатываемый маршрут изготовления детали "Вал" примет вид согласно таблице 3.

технологический деталь вал

Таблица 3 Маршрут технологии изготовления вала

1.7 Расчет допусков, припусков промежуточных и исходных размеров заготовки

Расчет припусков и технологических размеров проводится с целью обеспечения требуемой точности конструкторских размеров и требуемогокачества поверхности. Припуски на обработку и технологические размеры назначаются из значений минимально допустимых припусков на обработку, а так же точности конструкторских размеров.

Таблица 4 расчет припусков на обработку отверстия 079,6h14.

Переходы обработ. поверх. 079,6	Элементы минимального припуска, мкм	Миним. припуск 2Z ¦ min, мкм	Допуск на перехо д TD, мкм	Сред. размер, мм	Технол.размер, мм	Припуск на обработ.
	Rz	h	р	Ј
Заготовка	150	250	90	0	-	1600	89,7		-
Точение: Черновое h14	50	50	0	420	1675	740	79,23	79,6-0,74

Шероховатость поверхности и толщину дефектного поверхностного слоя после механической обработки определяем по таблице 4.5 [1, с. 64]: черновое точение: Rz = 50 мкм, h = 50 мкм;

В суммарное пространственное отклонение поверхности заготовки включаем только коробление, которое определяется как произведение удельной кривизны заготовки на длину (таблица 9 [2, с. 86]). Для проката обычной точности Дк= 0,5 мкм/мм. Вылет заготовки из патрона l ~ 115 мм. Таким образом:

Погрешность установки заготовки на выполняемом переходе зависит только от погрешности закрепления (погрешности базирования нет). Погрешность закрепления определяем по таблице 4.10 [1, с.76]:

черновое точение: є = 420 мкм;

Расчет диаметральных технологических размеров выполняем из условия обеспечения минимальных припусков на обработку. При этом расчете будем использовать размерную схему, представленную на рисунке 4.

Рисунок 4 - Размерная схема обработки поверхности 079,6h14 мм.

Допуск и предельные отклонения на заготовку выбираем в соответствии с рекомендациями [2, прил. 5, с. 90]:

Расчет припусков на обработку производим по вышеуказанной формуле (4) и сводим их в таблицу 5.

Таблица 5 расчет припусков на обработку поверхности 07OJS11

Переход. обработ. поверх. 07OJS11	Элементы минимального припуска, мкм	Миним . припус к 2-Z mm, мкм	Допус к на перех од TD, мкм	Сред. разме р, мм.	Технол. размер, мм	Припуск на обработ
	Rz	h	Р	є
Точение: Черновое h14 Чистовое h10	50 30	50 30	5,4 3,6	70 0	207,2	620 100	71,037 70,47	71,347-0,6 70,52-0,1
Шлифов. JS11	3,2	15	0,18	0	120,23	20	70

Шероховатость поверхности и толщину дефектного поверхностного слоя после механической обработки определяем:

черновое точение: Rz = 50 мкм, h = 50 мкм;

чистовое точение: Rz = 30 мкм, h = 30 мкм;

шлифование: Rz = 3,2 мкм; h = 15 мкм.

В суммарное пространственное отклонение поверхности заготовки включаем только коробление, которое определяется как произведение удельной кривизны заготовки на длину.

Точность и качество поверхности при обработке наружных цилиндрических поверхностей определяем:

допуск на черновое точение: 620 мкм;

допуск на чистовое точение: 100 мкм;

допуск на шлифование: 20 мкм.

Для расчета диаметральных технологических размеров воспользуемся размерной схемой представленной на рисунке 5.

Рисунок 5 - Размерная схема обработки поверхности 070JS11 мм.

Сперва определяем технологический размер под чистовое точение - D1.

Для этого рассмотрим размерную цепь, в которую входят размеры: D2 = K, D1, 2Z 2min. и вычисляем

Расчет припусков и технологических размеров поверхности 052Н8 0 42Н11 052Н14 054.0,1

Так как для обработки внутренних поверхностей используется токарный станок с числовым программным управлением, то точение поверхностей 052Н8 0 42Н11 052Н14 054-Одбудет выполняться по контуру окончательно. Таким образом, можно принять, что минимальный припуск на чистовое точение будет: Нужно определить технологический размер под черновое точение. Схема представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Размерная схема обработки поверхностей 052Н8 0 42Н11 052Н14 054-0,1.

Допуск под черновое точение - TDo = 270 мкм;

Шероховатость поверхности и толщину дефектного поверхностного слоя после механической обработки определяем:

черновое растачивание: Rz = 50 мкм, h = 50 мкм;

чистовое растачивание: Rz = 10 мкм, h = 10 мкм;

В суммарное пространственное отклонение поверхности заготовки включаем только коробление, которое определяется как произведение удельной кривизны заготовки на длину:

Таблица 6 расчет припусков на обработку поверхности 052Н8

Переход. Обработ.	Элементы минимального припуска, мкм	Миним. Припуск 2Z ¦ min, мкм	Допуск на	Сред. Размер, мм.	Технол	Припуск на обработ.
Поверх.	Rz	h	р	Е		переход TD, мкм		. Размер, мм.
Растачива ние: Черновое Н14 Чистовое Н8 052Н8	50 20	- -	41 2	70 0	260 100	200 100	51,57 51,354	51,5+0,2 51,3+0,1
Растачива ние: Черновое Н14 Чистовое Н11 042Н11	50 20	- -	41 2	70 0	260 100	200 100	41,51 40,92	41,46+0, 141,11+0, 2
Растачива ние: Черновое Чистовое 054+0'1	50 20	- -	41 2	70 0	260 100	200 100	53,57 53,354	53,5+0,2 53,3+0,1
Растачива ние: Черновое Н14 052Н14	50	-	41	70	260	200	51,57	51,5+0,2

Далее определяем величину D0 - технологический размер под черновое точение. Здесь необходимо рассмотреть размерную цепь, в которую входят размеры: Di, Dq, 2-7^: и вычисляем:

Звено записываем в виде:

Так как для отверстий принято использовать наименьший предельный размер, то запишем Окончательно запишем:

Фактическое значение припуска:

Расчет для размера о42н11:

Сперва определяем технологический размер под чистовое точение - D1.

Далее определяем величину Do - технологический размер под черновое точение. Здесь необходимо рассмотреть размерную цепь, в которую входят размеры: Di, Do, 2-Zimm: и вычисляем:

Звено записываем в виде:

Так как для отверстий принято использовать наименьший предельный размер, то запишем



Рисунок 7 - Деталь

Расчет припуска на обработку торца А сводим в таблицу 7.

Таблица 7 расчет припуска на обработку торца А

Переходы обработки торца А	Элементы минимального припуска, мкм	Минимальный припуск Z min, мкм
	Rz	h	Р
Заготовка	150	250	90
Подрезка: Предворительная:	50	50		491

Шероховатость поверхности и толщину дефектного поверхностного слоя заготовки определяем по таблице 4.4 [1, с.64]:.

Суммарное пространственное отклонение торца заготовки возникает только из-за коробления (таблица 4.7 [1,стр.68]),, которое определяется как произведение удельной кривизны заготовки на наружный диаметр:

Погрешность установки заготовки не учитываем, так как эта погрешность войдет в допуск на соответствующий размер.

Таблица 8 - Расчет припуска на обработку торца В

Переходы обработки торца В	Элементы минимального припуска, мкм	Минимальный припуск Z mn, мкм
	Rz	h	Р
Заготовка	150	250	90
Подрезка: Предворительная: Окончательная:	50 30	50 30	2 1,4	102

Шероховатость поверхности и толщину дефектного поверхностного слоя заготовки определяем по таблице 4.4 [1, с.64]: Rz =150 мкм, h = 250 мкм.

Остаточное суммарное пространственное отклонение поверхности после механической обработки определяется по эмпирической зависимости [1, с. 73]: черновое точение: pi = ку- рзаг = 0,06 * 35 = 2 мкм, чистовое точение: р2 = ку- рзаг = 0,04 * 35 = 1,4 мкм Минимальный припуск на подрезку торца, по формуле (5): Окончательная:

Расчет припусков на обработку торца Г сводим в таблицу 9.

Таблица 9 - Расчет припуска на обработку торца Г

Переходы обработки торца Г	Элементы минимального припуска, мкм	Минимальный припуск Z mm, мкм
	Rz	h	Р
Заготовка	150	250	90
Подрезка: Предворительная: Окончательная:	50 30	50 30	1 0,6	101

Шероховатость поверхности и толщину дефектного поверхностного слоя заготовки определяем по таблице 4.4 [1, с.64]: Rz =150 мкм, h = 250 мкм.

Торец В обрабатывается за один проход: черновой.

Суммарное пространственное отклонение находим по формуле:, (7)

где - погрешность формы обрабатываемой поверхности;

- погрешность расположения обрабатываемой поверхности.

Из Приложения 3 [2, с.75] для l ~ (10...50) мм:

Таким образом

Остаточное суммарное пространственное отклонение поверхности после механической обработки определяется по эмпирической зависимости [1, с.73]:

черновое точение: pi = ку- рзаг = 0,06 * 15 = 1 мкм,

чистовое точение: р2 = ку- рзаг = 0,04 * 15 = 0,6 мкм

Минимальный припуск на подрезку торца, по формуле (5):

Окончательная:

Технологические размеры в осевом направлении определяем, используя размерную схему на рисунке 8.

Допуски на технологические размеры:

ТА1.1 =0,3

ТАз.4 = 0,2

ТА2.1 = 0,25

ТА2.3 = 0,2

ТА3.5 = 0,2

ТА3.6 = 0,2

ТА2.4 = 0,2

ТА2.5 = 0,2

ТА2.6 = 0,2

ТА2.7 = 0,2

ТАз.1 = 0,25

ТАз.2 = 0,2

ТАз.з = 0,2

Допуски на линейные конструкторские размеры:

ТК1 =1,15	ТК9 = 0,25
ТК2 = 0,87	ТК10 = 0,25
ТК3 = 0,25 ТК4 = 0,74	ТК11 = 0,62

ТК5 = 0,25

ТКб = 0,74

ТК7 = 0,52

ТК8 = 0,25



Рисунок 8 - Размерная схема.

Для расчета строится размерная схема технологического процесса изготовления вала в продольном направлении (рисунок 8) и граф технологических размерных цепей (рисунок 9), облегчающих их выявление.

Рисунок 9 - Граф технологических размерных цепей, формирующихся при изготовлении вала (продольное направление).

Для размера К5 (см. рисунок 14): ТК5 = 0,25 ^ TA3.5= 0,2 мм, размер К5 может быть обеспечен с заданной точностью.

Рисунок 14 - Размерная схема для К5

Для размера К6 (см. рисунок 15): ТК6 = 0,74 ^ TA3.6 = 0,2 мм, размер К6 может быть обеспечен с заданной точностью.



Рисунок 15 - Размерная схема для К6

Для размера К7 (см. рисунок 16): ТК7 = 0,52 ^ ТА2.2=0,2мм, размер К7 может быть обеспечен с заданной точностью.

Рисунок 16 - Размерная схема для К7

Для размера К8 (см. рисунок 17): ТК8 = 0,25 ^ ТА2.3=0,2мм, размер К8 может быть обеспечен с заданной точностью.

Рисунок 17 - Размерная схема для К8

Для размера К9 (см. рисунок 18): ТК9 = 0,25 ^ ТА2.4=0,2мм, размер К9 может быть обеспечен с заданной точностью.

Для размера К10 (см. рисунок 19): ТКі0 = 0,25 ^ ТА2.5=0,2мм, размер К10 может быть обеспечен с заданной точностью.

Для размера К11 (см. рисунок 20): ТК11 = 0,62 ^ ТА2.6=0,2мм, размер К10 может быть обеспечен с заданной точностью.

В ходе размерного анализа проверено, что выполняется условие обеспечения требуемой точности всех непосредственно не выдерживаемых конструкторских размеров. Построена размерная схема осевых размеров и граф технологических размерных цепей, из которых видно, что технологический процесс построен верно. Кроме того, в ходе размерного анализа технологического процесса были определены: размеры заготовки, допуски на технологические размеры, минимальные припуски на обработку, диаметральные и осевые технологические размеры.

1.8 Выбор оборудования

Токарный станок с числовым программным управлением ROMI G50

Был осуществлен поиск нового оборудования в сети Интернет в ходе, которого был обнаружен токарный станок с числовым программным управлением ROMY G50 (рисунок 21) [9]. Произведя анализ и сравнение необходимых показателей, появилась возможность применения данного станка при изготовлении вала, то есть использование его в технологических процессах.

Компания Romi позиционируется на рынке как компания, выпускающая высокотехнологичную и качественную продукцию. Более 70 лет компания Romi является признанным лидером среди производителей механообрабатывающих станков, термопластавтоматов, оборудования для чугунолитейного производства, прецизионных сверлильных станков.

Станок предназначен для выполнения операций точения, сверления, фрезерования, нарезания резьбы. Он дополнительно оснащен устройством для измерения параметров инструмента, задней бабкой, двойной педалью управления гидравлическим патроном и задней бабкой, трёхцветным фонарем индикации состояния работы станка.

Рисунок 21 - Токарный станок с числовым программным управлением

Револьверная головка (рисунок 22) разработана для работы с нагруженными режимами резания, ее конструкция характеризуется большой жесткостью и отличным поглощением вибраций. Головка обладает быстрым шаговым поворотом (индексацией) и точным позиционированием. На револьверной головке может размещаться до 12 токарных режущих инструментов с внутренней подачей СОЖ, причем охлаждающая жидкость подается через оправку и инструмент непосредственно к его режущей кромке. Поворот головки для выбора инструмента осуществляется в обоих направлениях, а ее фиксация в рабочей позиции - гидравлическим приводом. Поворот и фиксация револьверной головки выполняется без осевого смещения дисковой платформы, благодаря чему ее механизм надежно защищен от попадания стружки и СОЖ.

Рисунок 22 - Револьверная головка станка Romi G50

Применение данного оборудования с использование новых твердосплавных пластин значительно уменьшает трудоемкость, исключает необходимость использования нескольких токарных станков на данной операции и снижает себестоимость изделия.

Круглошлифовальный станок

Модель TOS 3164ВУАЗ1/20 [11] Основные данные:

Наибольшие размеры устанавливаемой заготовки:
диаметр	200
Наибольший диаметр шлифования:
наружного	8-180
внутреннего	25 - 50
Наибольшее перемещение стола от руки:	550
Пределы подач стола, мм/мин:	0,1-6
Наибольший диаметр шлифовального круга:	300
Число оборотов шлифовального круга при внутреннем шлифовании мин:	17200
Наибольшее перемещение шлифовальной бабки:	170
Угол поворота шлифовальной бабки, °:	90
Пределы периодической подачи шлифовальной бабки на один ход стола	0,002-0,038
Число оборотов шлифовального круга, мин:	2500
Мощность главного электродвигателя, кВт:	2,8
Габариты станка:
длина	2000
ширина	1500
высота	1400
Масса, кг:	3000

Зубофрезерный станок ofa 75 cnc 6

Станок OFA75 CNC6 (рисунок 23) является зубофрезерным станком сконструированным для формообразования цилиндрических зубчатых колес с прямым и косым зубом, цепных колес, червячных передач формообразуемых радиальным и тангенциальным методами, шлицевые валы и другие типы зубчатых колес, получаемых при обработке червячной фрезой[10].

Рисунок 23 - Зубофрезерный станок OFA75 CNC6

Станок экономически выгодно применять как для серийного, малосерийного, так и для единичного производства.

Новым в концепции станка OFA75 CNC6 по сравнению с более ранними версиями являются следующие особенности:

Станок имеет повышенные технические параметры, которые позволяют резать зубчатые колеса с тяжелыми параметрами резания и использовать новые технологии нарезания резьбы.

Станок имеет шесть управляемых осей, оснащенных отдельными электрическими приводами и системой позиционирования.

Электрическое оснащение, включая систему управления расположено в отдельном шкаф, расположенном у лицевой стороны станка.

Привод стола оснащен автоматической системой устранения зазоров через гидравлический толкаемый вторичный червяк.

Зажим головки червячной фрезы осуществляется посредством четырех блоков и набора Бельвилевских пружин. Блоки ослабляются посредством гидравлического цилиндра.

Конструкция инструмента решена с автоматическим устранением зазоров.

Основной привод размещен прямо на направляющих головки фрезы.

Рабочая зона закрыта ограждением, в том числе и сверху, для повышения эффективности системы отсоса масляного тумана.

Гидравлические блоки упрощены и сконструированы для уменьшения потребления электроэнергии. Направляющие имеют смазку от отдельного агрегата. Для устранения термических деформаций станок оборудован охлаждением масла.

Зубодолбежный станок

SYKES 450 H [12]

Основные данные:

Наибольший наружный диаметр нарезаемых колес
диаметр	20-500
Наибольшая ширина нарезаемого колеса	100
Наибольшее перемещение долбяка от руки:	250
Наибольший модуль нарезаемого колеса	8
Число двойных ходов долбяка в минуту	65-450
Наибольший угол наклона винтового зуба, градус	23
Наименьшее и наибольшее расстояние от патрона до торца инструмента штосселя, мм	45-170
Мощность главного электродвигателя, кВт:	1,21
Габариты станка:
длина	1200
ширина	850
высота	1200
Масса, кг:	2500

1.9 Расчет и назначение режимов обработки

Для внесение в операционные карты технологического процесса режимов резания по одному из переходов любой операции механической обработки производится расчет скорости резания, а по остальным операциям режимы резания назначаются по справочнику технолога или по

общемашиностроительным нормативам режимов резания.

Расчет скорости резания выполняется по формулам теории резания. По расчетной скорости резания рассчитывается частота вращения шпинделя и по паспорту станка принимается ближайшее его значение для внесения в последствии в операционные карты. По рассчитанному значению частоты вращения шпинделя рассчитывается и принимаемая скорость резания.

По рассчитанным мощностям резания и подачи с учетом КПД коробок скоростей и подач рассчитываются потребные мощности и сравниваются с мощностями двигателя выбранного станка.

Расчет скорости и мощности резания проводим для операции точение вала по наружи на токарном станке. В качестве режущего инструменты выбран резец со сменными пластинами из твердого сплава. Размеры пластины 32х32. Мощность электродвигателя станка N=10,0 кВт.

Токарная операция с числовым программным управлением: подрезка торца 090 мм

Материал режущего инструмента выбираем в соответствии с рекомендациями [4, с. 116] - Т15К6.

1. Глубина резания: t = ZC = 0,796 мм.

2. Подача по таблице 11 [4, с.266] для данной глубины резания:

s = 0,3 мм/об

Период стойкости инструмента принимаем: Т=60 мин.

Значения коэффициентов: CV = 340; m = 0,2; x = 0,15; y = 0,45 - определены по таблице 17 [4, с.269].

Рисунок 24 - Подрезка торцапереход 2 - точить шейку 070 мм (начерно).

Рисунок 25 - Обработка шейки 070 мм (начерно)

переход 3 - сверлить 040 мм.

Рисунок 26 - Сверление отверстия 040 мм

переход 4 - расточить шейку 042 мм (начерно и начисто).

переход 5 - расточить шейку 052 мм (начерно и начисто).

1чпу1=0,061+1,94+2,46+1,13= 5,591мин

Рисунок 27 - Расточка 042 мм (начерно и начисто)

Токарная операция с числовым программным управлением - 2:

переход 1 - подрезка торца:

длина обрабатываемой поверхности, мм;

- длина врезания инструмента в заготовку, мм;

- длина перебега инструмента, мм;

- длина подвода инструмента к заготовке, мм (1 +¦ 3 мм);

i - число рабочих ходов;

минутная подача, мм/мин.

Для твердосплавных пластин WNMG угол равен 80о[13]

Рисунок 29 - Обработка поверхности 079,6 мм (начерно)

переход 4 - расточить шейку 052 мм (начерно и начисто).

переход 5 - расточить шейку 054 мм (начерно и начисто).

Гчпу2=0,061+0,89+0,5+1,8+0,025= 3,276 мин

Рисунок 30 - Расточка поверхности 052 мм (начерно и начисто).

Основное время для круглошлифовальной операции:

Принимают для чистового шлифования: К = 2;

пф - частота вращения фрезы, об/мин;

переход 1: - фрезеровать шлицы наружные.

Рисунок 31 - Обработка зуба

Расчет вспомогательного времени:

Вспомогательное время для операции будет складываться из времени на установку и снятие детали, управление станком, измерение детали.

Вспомогательное и подготовительно -заключительное время для всех операций, для мелкосерийного производства определяем по общемашиностроительным нормативам.

Суммарное время технического обслуживания, перерывов и организационного обслуживания (а, в, у) в процентах от оперативного - 8%.

Таблица 10 Нормы времени

№ операции	Операция	Нормы времени, мин
		Х1о	Х^всп	Тп.з,	Тшт	Тшт.к
010	Токарная ЧПУ	5,591	1,5	1,7	7,65	8
015	Токарная ЧПУ	3,276	1,5	1,7	5,16	6
020	Зубофрезерная	1,43	1,1	0,9	2,7	3
025	Зубодолбежная	2,4	0,5	0,8	3,13	3,4
035	Шлифовальная	12,72	1,2	2,1	15,03	15,5

итого трудоемкость Тшт= 33,67мин

Тш.к.= 35,9мин

Таблица 11 Расчет приведенных затрат

Операции	Модель станка	T ^шг, мин	Сз, руб	СЭКСП, руб	Кс, руб	КЗД, руб	C, руб
010	ROMI G50	7,65	170	100	352	366,7	34,425
015	ROMI G50	5,61	170	100	352	366,7	25,245
020	OFA75CNC6	2,7	170	100	308	990	12,15
0,25	SYKES 450 H	3,13	170	100	211,2	220	14,085
0,35	3164ВУА31/20	15,03	170	100	372	386	67,635

С целью правильного и рационального выбора оборудования определяют наряду с другими технико-экономическими показателями критерии, показывающие степень использования каждого станка в отдельности и всех вместе по разработанному технологическому процессу.[1, стр. 114]

Для каждого станка рассчитаем коэффициент загрузки, и коэффициент использования станка по основному времени.

Коэффициент загрузки станка цз определяется как отношение расчетного количества станков тр, занятых на данной операции процесса, к принятому (фактическому):

Шир: Цз= Шр/Шпр (37)

Токарная с числовым программным управлением 010:

Шпр=1, Шр=Тшт/Тв=7,65/161,16=0,05

цз= шр/шпр=(0,05/1)100=5 %

Токарная с числовым программным управлением 015:

Шпр=1, Шр=Тшт/Тв=5,61/161,16=0,035

Пз= mp/mnp=(0,035/1)100=3,5 %

Зубофрезерная 020: mnp=1, тр=Тшт/Тв=2,7/161,16=0,017

Пз= тр/тпр=(0,017/1)100=1,7 %

Зубодолбежная 025: тпр=1, тр=ТшТ/Тв=3,13/161,16=0,02

Пз= тр/тпр=(0,017/1)100=2 %

Шлифовальная 035: тпр=1, тр=ТшТ/Тв=15,03/161,16=0,09

Пз= тр/тпр=(0,09/1)100=9 %

Тв=161,16 мин - такт выпуска, определен во 2-м пункте пояснительной записки.

тр - расчетное количество станков; определено как отношение штучного времени на данной операции к такту выпуска:

тр=Тшт/Тв. (38)

Коэффициент использования оборудования по основному (технологическому) времени цо свидетельствует о доле машинного времени в общем времени работы станка.

Он определяется как отношение основного времени к штучному времени: цо=То/Тшт (39)

Токарная с числовым программным управлением 010:

По=(То/Тшт)100= 73,1%

Токарная с числовым программным управлением 015:

По=(То/Тшт)100= 58,4 %

Зубофрезерная 020: цо=(То/Тшт)100=52,9 %

Зубодолбежная 025: цо=(То/Тшт)100= 76,7 %

Шлифовальная 035: цо=(То/Тшт)100=84,6 %

Использование станков по мощности привода характеризуется коэффициентом использования оборудования цм, который представляет собой отношение необходимой мощности на приводе станка Ипр к мощности установленного электродвигателя Ист:

цм= Ипр/ Ист (40)

Токарная с числовым программным управлением 010:

Пм= (Nnp/ Nct)100=(6/10)x100=60 %

Токарная с числовым программным управлением 015:

Пм= (№р/ Nct)100=(4,6/10)x100=46 %

Зубофрезерная 020: рм= (Nii|d/ Nct)100=(5,6/8)*100=70 %

Зубодолбежная 025: рм= (№р/ Nct)100=(2,44/11)*100=62,1 %

Шлифовальная 035: рм= (№р/ Nct)100=(0,6/2,8)*100=21,4 %

По результатам расчетов степеней использования станков по трем критериям построены графики см. рисунок 32



График загрузки оборудования

График использования оборудования по основному времени

График использования оборудования по мощности

Рисунок 32 - Графики использования оборудования

Анализируя графики можно сказать, что для рационализации технологического процесса, возможно, стоит применить некоторые станки меньшей мощности, что при единичном типе производства было бы более эффективным. Помимо этого, применение некоторых станков обусловлено их технологическими особенностями и незаменимостью в получении некоторых размеров детали, а также точностью выдерживаемых размеров.

Можно сократить вспомогательное время, что повысит коэффициент загрузки оборудования по основному времени, что в свою очередь даст большую эффективность от технологического процесса.

Выводы по разделу

В ходе выполнения технологической части были произведены расчеты режимов резания, посчитаны припуски на обработку и нормы времени изготовления детали «Вал». Так же произведен подбор оборудования установлен - ного на ПК «Казцинкмаш» и режущий инструмент, применяемый на производстве. Таким образом, можно утверждать, что данный проект подходит и отвечает всем требованиям для производства на ПК «Казцинкмаш» детали «Вал».

2. Конструкторская часть

2.1 Концепция, принимаемая для разработки приспособления

Интенсификация производства в машиностроении неразрывно связана с техническим перевооружением и модернизацией средств производства на базе применения новейших достижений науки и техники. Техническое перевооружение, подготовка производства новых видов продукции машиностроения и модернизация средств производства неизбежно включают процессы проектирования средств технологического оснащения и их изготовления.

В общем обьеме средств технологического оснащения примерно 50% составляют станочные приспособления. Применение станочных приспособлений позволяет:

2.1.1 надежно базировать и закреплять обрабатываемую деталь с сохранением ее жесткости в процессе обработки;

2.1.2 стабильно обеспечивать высокое качество обрабатываемых деталей при минимальной зависимости качества от квалификации рабочего;

2.1.3 повысить производительность и облегчить условия труда рабочего в результате механизации приспособлений;

2.1.4 расширить технологические возможности используемого

оборудования. В зависимости от вида производства технический уровень и структура станочных приспособлений различны. Для массового и крупносерийного производства в большинстве случаев применяют специальные станочные приспособления. Специальные станочные приспособления имеют одноцелевое назначение для выполнения определенных операций механической обработки конкретной детали.

2.2 Принцип работы приспособления

Пневматические приводы используют в основном для закрепления и снятия заготовки (детали) после обработки на данном оборудовании.

Широкому распространению пневматических приводов способствует, как большая разновидность их конструкций, так и характерные им преимущества:

1. Скорость работы привода, которая достигается вследствие большой скорости движения сжатого воздуха по трубопроводам

2. Постоянная сила зажима в течение всего периода обработки

3. Возможность регулирования зажимного усилия в широких пределах

4. Работоспособность привода не зависит от колебаний температуры окружающей среды. При низких температурах сжаты воздух не замерзает

5. Простота конструкции

Используя пневмопривод инженер, обязан учитывать и его недостатки:

1. Нестабильная плавность передвижения рабочих органов,

особенно при переменной нагрузке

2. Низкое и перепад давления воздуха в заводских сетях

3. Шум при выпуске воздуха из приводов

4. Высокая стоимость энергии сжатого воздуха по сравнению с электрическом при выполнении той же работы

Ликвидируем кое-какие недостатки пневмопривода выводя воздух из выхлопных отверстий в общий воздухопровод, уходящий за пределы цеха.

Вращающиеся пневмоцилиндры встречаются одностороннего и двустороннего действия со сплошным или полым штоком. Цилиндры двустороннего действия бывают одинарные или сдвоенные (последние с увеличенной тянущей силой на штоке). Вращающийся пневмоцилиндр двустороннего действия со сплошным штоком показан на чертеже (Приложение А). Он имеет воздухопроводящую муфту 1 и цилиндр 2. Для присоединения тяги служит резьбовое отверстие на выступающем конце штока 4. Сжатый воздух подается через ниппель 6 и центровое отверстие в стержне 7 в правую полость цилиндра 2. Поршень 3 движется влево, создавая на штоке 4 тянущую силу. Через ниппель 5, радиальные отверстия и скосы в стержне 7 сжатый воздух подается в левую полость цилиндра. Поршень 3 движется вправо, создавая на штоке 4 толкающую силу.

2.3 Проектирование кулачков для обработки вала

Для патронов с механизированным приводом характерна ограниченность радиального хода кулачков (5 -10 мм). Вследствие этого при наладке их для обработки деталей разного диаметра приходится для каждой детали проектировать свои губки, отличающиеся от других по форме и размерам. В разных случаях деталь «утопает» в губки на различную глубину. В одних случаях деталь упирается во внешние торцы губок, в других - в специальные выступы на губках и т.д.

Требуемое радиальное расположение губок определяется следующим образом. На изображенной в натуральную величину вид спереди патрона наносят контуры обрабатываемой детали и вычерчивают кулачки. Получившееся положение принимается за их среднее положение тем, чтобы ход кулачков распределился примерно пополам относительно контура детали. Далее определяют очертание губок с таким расчетом, чтобы их можно было крепить к кулачкам, предназначенным для этой цели, винтам. Затем уже следует проектирование губок в их боковой проекции. Наибольшую трудность представляет проектирование губок для ступенчатых и тонкостенных деталей. Для надежного закрепления детали на губках предусматриваются насечка или шипы.

Вычертим вал в натуральную величину и на него наложим губки, тем самым определим их размеры.

Опорная поверхность губки должна обеспечивать хорошее базирование по торцу вала. Длина губок не должны превышать половины ширины вала, для возможности переустановки.

Рисунок 33 - Схема определения размеров губок

2.4 Определение потребной силы тяги и мощности пневмопривода для токарного кулачкового патрона

Сила тяги, которую должен развивать привод, зависит, прежде всего, от величины силы резания и от конструкции патрона. Различие силы тяги обусловлено различием кинематических схем патронов и потерь на трение в кинематических парах, а следовательно, и степенью точности изготовления трущихся деталей.

Для патрона кулачки которого перемещаются рычагами, необходимую силу можно определить с помощью схемы, показанной на рисунке 34

Рисунок 34 - Схема работы кулачков

В целях упрощения расчетов будем считать, что вся сила зажима на обрабатываемую деталь 3 передается одним кулачком 2. Если обозначить силу тяги Т и силу трения F в опоре рычага 1, то, исходя из условия равновесия рычага, силу тяги можно найти из уравнения моментов относительно точки О всех сил, действующих на рычаг,

Необходимая сила тяги для зажима вала не превышает максимальную силу создаваемую пневмоцилиндром. Предусмотрим в конструкции пневмоцилиндра устройство регулирующее давление в поршне.

2.5 Расчет приспособления на прочность по слабому звену

Прочность -- одно из основных требований, предьявляемых к деталям и приспособлениям в целом. Прочность деталей может рассматриваться по коэффициентам запаса или по номинальным допускаемым напряжениям. Расчеты по номинальным допускаемым напряжениям менее точны и прогрессивны, но значительно проще.

С помощью расчета деталей (элементов) приспособлений на прочность можно решать две задачи:

а) проверку на прочность уже существующих деталей с определенными размерами сечений путем сравнения фактических напряжений) (моментов, сил) с допускаемыми -- проверочный расчет;

б) определение размеров сечений деталей -- предварительный проектный расчет.

Расчет на прочность (задача а) детали в виде стержня прямоугольного сечения, нагруженного осевой силой, по допускаемым напряжениям растяжения (сжатия).

Рисунок 35 - Определение опасного сечения

Наиболее нагруженной деталью является кулачок.

2.7 Требования к пневмо и гидроприводам зажимных устройств приспособления ГОСТ12.2.040-79

1. Система пневмо и гидроприводов зажимных устройств приспособлений должна обеспечивать заданное значение зажимных усилий, безопасность закрепления и раскрепления заготовок, их надежное удержание во время обработки и при внезапном прекращении подачи сжатого воздуха или жидкости до полной остановки подвижных частей ...