Планеровка цеха


Содержание

 

Приложение  А (обязательное)           32

 

Введение

 

Разработка технологического процесса изготовления детали является одной  из трудоемких операций в технологической  подготовке производства. На состав технологического процесса в значительной мере влияют как тип производства, так и станочный парк того или иного машиностроительного предприятия, значительные нюансы вносят и используемые виды заготовок для деталей.

От качества выполнения проектных  работ по разработке технологического процесса зависит не только качество получаемой продукции, но и ее экономические показатели, трудоемкость изготовления и себестоимость. Эти элементы должны всегда находится в пределах разумной пропорциональности.

Снижение трудоемкости изготовления детали в современных условиях производства возможно при использовании средств автоматизации выполнения тех или иных операций обработки. Наиболее существенную экономию времени при изготовлении деталей дают станки с числовым программным управлением (ЧПУ). За счет резкого снижения норм вспомогательного времени по сравнению с подобными универсальными станками, их производительность в 1,5 и более раз выше. Незначительное увеличение норм подготовительно-заключительного времени для операций выполняемых на станках с ЧПУ не перекрывает положительное влияние применения этих станков на снижение трудоемкости изготовления деталей.

Развитие вычислительной техники  и систем автоматизированного проектирования облегчают системы автоматизированного  проектирования (САПР), и ускоряют процессы внедрения прогрессивных разработок в технологии изготовления деталей и машин. Сокращают время и затраты на технологическую подготовку производства. Повышают качество расчетных задач при выполнении проектирования технологических процессов.

 

1 Проектирование технологического  процесса изготовления детали

1.1 Изучение служебного  назначения детали, технических  
требований и критический анализ их соответствия служебному  
назначению

 

 

Деталь вал (рисунок 1), относится к классу валов с наличием отверстий пораллельно и перпендикулярно оси детали. Масса детали m=9,1 кг.

 

 

Рисунок 1 – Эскиз детали «Вал»

 

Детали используется в планетарном редукторе с двумя внутренними зацеплениями. Особенность работы данного редуктора заключается в том, что число зубьев центральных колес отличается на 1, 2 или 3 , в некоторых случаях на большее количество, от числа зубьев сателлитных шестерен. При данном соотношении чисел зубьев получаются меньшие потери мощности в зацеплении. Минимальное передаточное отношение для данных редукторов принимается не ниже 30. Ведущий вал в месте установки роликовых подшипников под блок сателлитов имеет эксцентрик. За каждый оборот эксцентрикового вала сателлит обегает закрепленное центральное колесо с внутренним зацеплением в одном направлении и при наличии разницы в числе зубьев совершает поворот на определенный угол в направлении, обратном вращению эксцентрикового вала, а вторая сателлитная шестерня поворачивает подвижное центральное колесо. Подвижное центральное колесо жестко связано с тихоходным валом и передает ему движение.

В редукторе по этой схеме  имеет место односторонний контакт  зубьев сателлитных шестерен с центральными колесами. Односторонняя конструкция  эксцентрика уравновешивается грузом в виде сектора, установленного на быстроходном валу. Необходимо обращать внимание на то, чтобы уравновешивающий груз при вращении не купался в масле, так как при высоких оборотах может происходить нагрев масла из-за ударов сектора о масло, что приведет к повышению температуры всего редуктора. Для обеспечения данного требования осуществляется установка специального лотка в масляной ванне, где при вращении проходит сектор. Стенки лотка сделаны выше уровня масла в ванне.

Редукторы с двумя  внутренними зацеплениями проще  в изготовлении, имеют значительно меньше деталей, легче собираются и разбираются, но коэффициент полезного действия их значительно ниже. При высоких числах оборотов эти редукторы работают неустойчиво, с вибрацией и стуками. Поэтому можно рекомендовать их к применению для передачи мощности не свыше 5 — 10 кВт. и числе оборотов до 1000 об/мин [1, с. 200].

Передаточное отношение  данного редуктора имеет величину 137,9. Общий вес редуктора – 170 кг с учетом 6 литров заливаемого масла.

Комплект основных баз детали:

    • ось детали – основная двойная направляющая база со скрытым характером проявления;
    • торцевая поверхность 1 – основная опорная база с явным характером проявления;
    • торцевая поверхность 12 – основная опорная база с явным характером проявления.

Точность геометрической формы  детали:

    • допуск формы поверхностей детали, должен находиться в пределах допуска соответствующего размера.

Точность относительно расположения поверхностей детали:

    • радиальное биение поверхностей 2, и 6 имеющие размеры Æ50h8 и Æ60h7 соответственно, относительно базы  не более 0,08 мм;
    • радиальное биение поверхности 13 имеющей размер Æ85H7 относительно базы  не более 0,1 мм;
    • торцевое биение поверхностей 7 и 14, относительно базы  не более 0,06 мм.

Твердость материала детали составляет 197 … 207 НВ.

Точность размеров и степень шероховатости поверхностей детали представлена в таблице 1.

Таблица 1. – Точность размеров и  степень шероховатости поверхностей

детали

Номер поверхности детали

Наименование поверхности детали, размеры

Квалитет (точность)

Допуск (предельные отклонения),мм

Шероховатость Ra, мкм.

Диаметры

2

Наружная цилиндрическая Æ50h8

8

0,039 (-0,039)

1,6

4

Наружная цилиндрическая Æ54h14

14

0,74 (-0,74)

6,3

6

Наружная цилиндрическая Æ60h7

7

0,03 (-0,03)

0,8

8

Наружная цилиндрическая Æ65h14

14

0,74 (-0,74)

6,3

10

Наружная цилиндрическая Æ130h11

11

0,25 (-0,25)

3,2

11

Наружная цилиндрическая Æ123h14

14

1,0 (-1,0)

6,3

13

Внутренняя цилиндрическая Æ85Н7

7

0,035 (0,035)

0,8


 

Продлжение таблицы 1

Номер поверхности детали

Наименование поверхности детали, размеры

Квалитет (точность)

Допуск (предельные отклонения),мм

Шероховатость Ra, мкм.

15

Внутренняя цилиндрическая Æ75Н14

14

0,74 (0,74)

6,3

16

Два отверстия М8х20

8g

  

6,3

Длины

1-12

332h14

14

1,4 (-1,4)

6,3

1-7

260h14

14

1,3 (-1,3)

6,3

1-3

85h14

14

0,87 (-0,87)

6,3

3-5

60h14

14

0,74 (-0,74)

6,3

7-12

67h14

14

0,74 (-0,74)

6,3

17

Шпоночный паз:

ширина b=16Р9

длина l=45H14

глубина h=7Н11

 

9

14

11

 

0,052

0,62 (0,62)

0,09 (0,09)

 

3,2

6,3

3,2

18

Шпоночный паз:

ширина b=28Р9

длина l=45H14

глубина h=6Н11

 

9

14

11

 

0,043

0,62 (0,62)

0,075 (0,075)

 

3,2

6,3

3,2

19, 20, 21

Фаска 2х45

      

 

Вал выполнен из стали 40Х. Сталь 40Х относится к группе конструкционных легированных сталей, подгруппе хромистых сталей с добавлением марганца. Основные легирующие элементы стали хром и марганец, суммарная доля всех легирующих элементов не превышает 2%.

Сталь 40Х широко применяется в  различных областях машиностроения. Шестерни, валы, втулки, червяки и другие цементируемые детали к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок.

Обладает не очень высокой коррозионной стойкостью и ограниченной возможность к свариваемости, несклонна к отпускной хрупкости. Обрабатываемость стали резанием в 1,2 – 2 раза хуже стали 45.

Составим таблицы 2 и 3 химического состава и механических свойств характеризующие сталь 40Х [2,с. 145].

Таблица 2 -  Химический состав (ГОСТ 4543-71)

В процентах

Углерод, С

Хром, Cr

Кремний, Si

Марга-нец,Mn

Сера,

S

Фосфор,

Р

Медь,

Cu

не более

0,36-0,44

0,8-1,1

0,17-0,37

0,50-0,80

0,035

0,035

0,30


 

Таблица 2 - Механические свойства (ГОСТ 4543-71)

Состояние

детали

sт

sВ

d5

j

НВ

после отжига

Мпа

%

Поковка после нормализации

315

670

17

38

197


 

где sт- предел текучести материалы;

sВ- предел прочности материала при его растяжении;

j- относительное сужение после разрыва.

1.2 Выявление числа  деталей, подлежащих изготовлению  в  
единицу времени и по неизменяемому чертежу

 

Обязательным условием для производства является расчет объема партии деталей  n, шт., запускаемых в производство [3, с.6]

 

n = Nв ´a/F,

 

где  Nв - годовая программа, шт;

a - периодичность запуска, a = 10 [3,с.6];

F - число рабочих дней в году, 252 дня [3,с.6].

 

n = 2500´10/252 = 99,21 шт.

 

Принимаем, n = 100 шт.

1.3 Выбор вида и формы  организации процесса изготовления  
детали

 

В основе выбора вида и формы организации  процесса изготовления детали лежит  годовая программа выпуска детали.

Определим, предварительно, по имеющейся массе детали и годовой программе ее выпуска тип  производства. При массе детали 9,1 кг и годовой программе выпуска 2500 штук [4,с.31]. Принимаем мелкосерийное производство.

Серийное производство является основным типом современного производства в машиностроении. Предприятиям данного типа производства выпускается 75-80% всей продукции машиностроения [5, с.112].

Для мелкосерийного производства характерно использование универсального и  частично специализированного технологического оборудования, станков с ЧПУ и обрабатывающих центров.

Технологическая оснастка в основном универсальная, применяют также  универсально-сборные приспособления и наладочные приспособления. Режущий  инструмент в большинстве случаев  стандартный.

В качестве заготовок используют прокат, поковки и литье в земляные формы.

1.4 Анализ технологичности  конструкции детали

 

Деталь вал, является телом вращения и относится к классу ступенчатых валов со шпоночными поверхностями, которые характеризуются наличием только наружных цилиндрических поверхностей, имеющих общую прямолинейную ось, используемых для создания, как правило, неподвижных соединений [7, с.65].

Осуществляя анализ технологичности  конструкции детали, рассмотрим последовательно все поверхности детали и их комбинации. Поверхности вала в основном образованы из поверхностей вращения и торцевых поверхностей, не требующих сложной формы заготовки. Исключение составляют конические поверхности 9 и 22, однако они не обрабатываются. Исходя из этого, деталь достаточно, простой формы, не требует для своего изготовления специальные приспособления, режущий и измерительный инструмент. Для обеспечения шлифования поверхностей 2, 6, 12 в конструкции детали неиспользуются канавки для выхода шлифовального круга, что объесняется особенностью нагружения детали в редукторе, поскольку канавки являются концентраторами напряжений и могут служить причиной слома и трешин в детали вал.

Простановка линейных размеров на чертеже  детали осуществлена комбинированным  способом. Геометрическое воспроизводство детали по имеющейся сетки размеров возможно.

Количественная оценка технологичности  детали осуществим с применением вспомогательных коэффициентов: унификации, точности обработки, шероховатости обработки, жесткости.

Коэффициент унификации Ку, определим  по формуле [8, с.40]

 

Ку=Qу.э./Qэ,

 

где Qу.э – число унифицированных размеров конструктивных элементов детали;

Qэ – число конструктивных элементов детали (наружные поверхности, внутренние поверхности, торцы, уступы, фаски, галтели, зубья, шлицы, шпоночные пазы, резьбы).

 

Ку=22/22=1

 

По показателю коэффициента унификации, деталь вал-шестерня, является технологичной.

Коэффициент точности обработки Кто, определяется по формуле [8,с.41]

 

Кто=1-1/Аср,

 

где Аср – средний квалитет детали.

 

,

 

где Аi – квалитет поверхности детали;

ni – количество поверхностей детали с данным квалитетом;

m – общее число поверхностей.

Составим таблицу 4 распределения  квалитетов по поверхностям детали в порядки их уменьшения, от наиболее точного к менее точному.

Таблица 4 - Распределение квалитетов обработки по поверхностям

Квалитет обработки

7

8

9

11

12

14

Число поверхностей

2

1

2

3

1

13


 

Аср = (7´2+8´1+9´2+11´3+12´1+14´13)/22 = 12,3 6

 

Принимем Аср = 12 квалитету.

 

,

 

Коэффициент точности соответствует  обработке детали на станке нормальной точности.

Найдем коэффициент шероховатости  Кш по формуле

 

 

где Бср - среднее числовое значение параметра шероховатости, мкм.

 

 

где  Бi – шероховатость  поверхности детали.

Составим таблицу 5, распределения поверхностей по шероховатостям.

Таблица 5 - Таблица распределения  шероховатости

Шероховатость поверхности, мкм

0,8

1,6

3,2

6,3

Количество поверхностей

2

1

4

15


 

Бср = (0,8´2+1,6+3,2´4+6,3´15)/22 = 5,02

 

Принимаем ближайшее по ряду шероховатости Бср = 5,0.

 

Кш = 1 - 1/5,0 = 0,8

 

Среднее значение шероховатости показывает, что деталь может быть получена чистовой обработкой лезвийным инструментом, значения шероховатости и точности обработки соответствуют друг другу.

Коэффициент жесткости К

 

,

где  lд – длина детали, мм;

dср – приведенный средний диаметр детали, мм.

Для тел вращений, с двухсторонним  уменьшением диаметров

 

 

где li – длина i-ой ступени детали, мм;

di –диаметр i-ой ступени детали, мм;

l - общая длина  детали, мм.

Жесткость детали, определяется отношением общей длины  детали к ее приведенному среднему диаметру.

В данном случае имеем вал с двухсторонним  уменьшением диаметров

 

 

Отношение общей длины детали к  приведенному среднему диаметру получилось меньше 10, следовательно, деталь является жесткой. Поэтому для базирования  заготовки не требуются дополнительные опорные точки, которые могли  быть реализованы посредством люнета. Однако близость коэффициента жесткости к 10 требует необходимости использования для обработки детали вал центров.

На основании качественной и  количественной оценки технологичности  конструкции детали считаем ее технологичной. Изготовление детали вал возможно в условиях серийного производства на оборудовании нормальной точности.

 

1.4 Выбор типа производства

 

Определим тип  производства  по  данным  о массе детали 9,1 кг. и годовой программе выпуска 2500 штук [4,с.31]. Принимаем мелкосерийное производство.

Серийное производство является основным типом современного производства в  машиностроении. Предприятиям данного  типа производства выпускается 75-80% всей продукции машиностроения [5,с.112].

Для мелкосерийного производства характерно использование универсального и частично специализированного технологического оборудования, станков с ЧПУ и обрабатывающих центров.

Технологическая оснастка в основном универсальная, применяют также  универсально-сборные приспособления и наладочные приспособления. Режущий инструмент в большинстве случаев стандартный.

В качестве заготовок используют прокат, поковки и литье в земляные формы.

Обязательным условием для серийного  типа производства является расчет объема партии деталей n, шт, запускаемых в производство [6,с.6].

 

n = Nв ´a/F

 

где  Nв - годовая программа, шт;

a  - периодичность запуска, a = 10 [6,с.6];

F - число рабочих дней в году, 252 дня [6,с.6].

 

n = 2500´10/252 = 99,21

 

Принимаем, n = 100 шт.

1.5 Анализ заводского технологического процесса

 

Изготовление деталей вала как правило осуществляется с применением установки детали в центрах. Получение протяженных поверхностей можно осуществлять как на универсальных станках, так и по копирам на копировальных станках.

Рассмотрим заводской технологический процесс в укрупненном виде составив таблицу 6.

 

Таблица 6 – Заводской маршрут изготовления вала тихоходного

Номер Операции

Содержание  операции

Оборудование

Оснастка

005

Подрезка торцев, сверление центровочного отверстия

Токарный 

Патрон 3-х кулачковый

010

Растачивание отверстия и точение  наружного контура

Токарный 

Патрон 3-х кулачковый

015

Фрезерование шпоночного паза

Фрезерный

Тиски

020

Фрезерование шпоночного паза

Фрезерный

Призмы


 

 

 

Продолжение таблицы 6

Номер Операции

Содержание  операции

Оборудование

Оснастка

025

Сверление отверстий и нарезание  резьбы

Радиально-сверлильный

Призмы

030

Шлифование базового отверстия  и  торца

Внутришлифовальный

Патрон 3-х кулачковый

035

Шлифование наружных поверхностей

Круглошлифовальный

Патрон и центр


 

Второй токарная операция может быть осуществлена при неоднократной переустановке детали, и при различных схемах закрепления детали в приспособлении, только в патроне, и в патроне с поджатием центром. Данная операция характеризуется большими затратами вспомогательного времени получаемыми на универсальном оборудовании.

Получение закрытого шпоночного паза на универсальном фрезерном станке ведет к большим нормам основного  времени на обработку данной поверхности.

Применение универсального круглошлифовального  станка  создает большие затраты вспомогательного времени на подналадку и измерение в процессе обработки нескольких поверхностей.

1.8 Формирование структуры технологических операций и их  
нормирование

 

Технологическое оборудование выбираем по условию возможности обработки вала тихоходного  с длиной 338 мм, диаметром 136 мм.[14, с. 38-86].

Обработку центровочного отверстия  и подрезку торцевых поверхностей выполним на фрезерно-центровальный полуавтомат модели МР-77, имеющем характеристики:

- диаметр обрабатываемой заготовки 25-125 мм;

- длина обрабатываемой заготовки  200-825 мм;

- частота вращения фрезерного  шпинделя 270-1255 об/мин.;

- число частот вращения шпинделя - 7;

- величина хода фрезерной головки  160 мм.

- величина подачи 20-400 мм/мин.;

- регулирование подачи – бесступенчатое;

- мощность главного привода  4 кВт;

- частота вращения сверлильного  шпинделя 250-1410 об/мин.;

- число частот вращения шпинделя - 6;

- величина хода сверлильной  головки 60 мм.

- величина подачи 20-300 мм/мин.;

- регулирование подачи – бесступенчатое;

- мощность главного привода  1,1 кВт;

- длина станка - 2345 мм.

- ширина станка - 1265 мм.

- высота станка - 1980 мм.

-ремонтная категория:

1) механической части – 5;

2) электрической части – 3.

Обработку отверстия и наружнего  контура детали на первой операции выполним на на токарно-винторезном станке с ЧПУ 16К30РФ3, поскольку требуется закрепление заготовки через шпиндель станка, имеющем следующие технические характеристики:

- наибольший диаметр обрабатываемой  заготовки над суппортом-320 мм;

- наибольший диаметр обрабатываемого прутка-71 мм;

- наибольшая длина обрабатываемой  заготовки - 1400 мм;

- частота вращения шпинделя  6,3 - 1250 об/мин;

- число скоростей шпинделя - 24;

- продольная подача 0,05 – 2,8 мм/об;

- поперечная подача 0,02 – 1,4 мм/об;

- сечение резца 32´25;

- конус отверстия пиноли - Морзе  6;

- диаметр патрона – 320 мм;

- мощность электродвигателя главного  привода – 13 кВт;

- ремонтная категория:

1) механической части – 15;

2) электрической части – 14;

- длина станка - 4360 мм;

- ширина станка - 2010 мм;

- высота станка - 1600 мм;

- масса станка - 5100 кг;

- устройство ЧПУ - НЦ-31;

- дискретность задания размеров  в продольном направлении 0.01 мм;

- дискретность задания размеров  в поперечном направлении 0.005 мм.

Обработку наружнего контура детали с другой стороны выполним на на токарно-винторезном станке с ЧПУ 16К20РФ3, имеющем следующие технические характеристики:

- наибольший диаметр обрабатываемой  заготовки над суппортом-250 мм;

- наибольшая длина обрабатываемой  заготовки - 1000 мм;

- частота вращения шпинделя  35 - 1600 об/мин;

- число скоростей шпинделя - 24;

- продольная подача 0,01 – 2,8 мм/об;

- поперечная подача 0,005 – 1,4 мм/об;

- сечение резца 25´25;

- конус отверстия пиноли - Морзе  6;

- мощность электродвигателя главного привода – 7,5 кВт;

- ремонтная категория:

1) механической части – 11;

2) электрической части – 12;

- длина станка - 3360 мм;

- ширина станка - 1710 мм;

- высота станка - 1750 мм;

- масса станка - 3800 кг;

- устройство ЧПУ - НЦ-31;

- дискретность задания размеров в продольном направлении 0.01 мм;

- дискретность задания размеров  в поперечном направлении 0.005 мм.

Обработку открытого шпоночного паза под посадку колеса на вал выполним на горизонтально-фрезерном станке модели 6Р80. Станок имеет следующие характеристики:

- длина рабочей поверхности  стола – 800 мм;

- ширина рабочей поверхности  стола – 200 мм;

- частота вращения шпинделя  50 - 2240 об/мин;

- число скоростей шпинделя - 12;

- продольная подача 0,01 – 0,5 мм/об;

- поперечная подача 0,01 – 0,5 мм/об;

- число подач стола - 12;

- конус отверстия шпинделя- 40 по ГОСТ 15945-82;

- мощность электродвигателя главного  привода – 3 кВт;

- ремонтная категория:

1) механической части – 7;

2) электрической части –  3;

- длина станка - 1525 мм;

- ширина станка - 1875 мм;

- высота станка - 1515 мм;

- масса станка - 1290 кг.

Обработку второго шпоночного паза шириной 16 мм, под привод исполнительного устройства выполним на шпоночно-фрезерном полуавтомате работающем по методу маятниковой обработки паза, модели 692М. Станок имеет следующие характеристики:

- длина фрезеруемого паза – 5-300 мм;

- ширина фрезеруемого паза – 4-24 мм;

- размеры стола – 800´200 мм;

- частота вращения шпинделя  375 - 3750 об/мин;

- число скоростей шпинделя - 12;

- продольная подача 0,3 – 1,2 мм/об;

- вертикальная подача 0,05 – 0,5 мм/об;

- число подач стола – бесступенчатое регулирование;

- конус отверстия шпинделя- Морзе 3;

- мощность электродвигателя главного  привода – 2,3 кВт;

- ремонтная категория:

1) механической части – 12;

2) электрической части – 3;

- длина станка - 1520 мм;

- ширина станка - 1800 мм.

Обработку отверстий под крепеж шпонки выполним на вертикально-сверлильном станке с ЧПУ модели 2Р135Ф2. Станок имеет следующие характеристики:

- наибольший диаметр сверления  в стали – 35 мм:

- длина рабочей поверхности  стола – 700 мм;

- ширина рабочей поверхности  стола – 400 мм;

- вылет шпинделя – 450 мм;

- конус Морзе отверстия шпинделя  – 4;

- число скоростей шпинделя –  12;

- частота вращения шпинделя 45-2000 об/мин;

- число подач револьверной головки – 18;

- подача револьверной головки  10-500 мм/мин;

- число позиций револьверной  головки – 6;

- мощность электродвигателя главного  привода – 3,7 кВт;

- длина станка - 1800 мм;

- ширина станка - 2170 мм;

- высота станка - 2700 мм;

- масса станка - 4700 кг;

- ремонтная категория:

1) механической части – 8;

2) электрической части – 2;

- устройство ЧПУ – 2П-32;

- дискретность задания размеров 0,005 мм.

Шлифование базового отверстия  под чистовую обработку поверхностей детали, выполним внутришлифовальном станке модели 3К227В имеющем следующие технические характеристики:

- наибольший диаметр заготовки  – 400мм;

- наибольшая длина заготовки  – 200 мм;

- наибольшая длина шлифования  – 200 мм;

- диаметр шлифуемого отверстия  5-150 мм;

- скорость автоматического перемещения стола м/мин:

1) при правке круга  0,1 – 0,2

2) при шлифовании  1 – 7;

3) быстром подводе и отводе  10;

- частота вращения шпинделя  детали 60-150 об/мин;

- частота вращения шлифовального  круга, об/мин: 9000,12000,18000;

- наибольший размер шлифовального  круга - 80´50;

- суммарная мощность электродвигателей – 4 кВт;

- ремонтная категория:

   1) механической части – 10;

2) электрической части – 2;

- длина -2815 мм;

- ширина - 1900 мм;

- высота – 1750 мм;

- масса станка - 4300 кг.

Шлифование цилиндрических поверхностей осуществим оборудовании позволяющем совместить максимальное количество обрабатываемых поверхностей в одной операции,  и имеющее минимальные величины вспомогательных затрат времени на обработку детали. Круглошлифовальный станок с ЧПУ модели 3М151Ф2 с техническими характеристиками:

Планеровка цеха