Автоматическая линия механической обработки заготовок вала коробки скоростей станка(662.59.05.01.00.033)

      Министерство  образования  РФ 

      Ульяновский Государственный Технический Университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Кафедра «Технология машиностроения»  
 

      ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

      к курсовому проекту по автоматизации 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

        Разработал                                                                       А.В.

        ст. гр. ТАПд-51 
 
 

      Проверил:                                                                                 Рязанов С.И. 
 
 
 
 
 
 

      Ульяновск 2001г. 

      АННОТАЦИЯ

      курсовой работы по дисциплине “Автоматизация производственных процессов в машиностроении” студента машиностроительного факультета

       Брызгалина А.В. 

Тема: Автоматическая линия механической обработки заготовок вала коробки скоростей станка(662.59.05.01.00.033) 

    ПЗ  на 34 с., в том числе 8 ил.;2 листа  чертежей.

    Ульяновский государственный технический университет, 2001 г. 

    В курсовой работе при заданной программе  выпуска детали вала коробки скоростей(662.59.05.01.00.033) в количестве 100000 штук, определен  тип производства и форма его организации. Представлен анализ служебного назначения и технических требований к валу, рассчитан такт выпуска, конструкция вала отработана на технологичность.

      Обоснован выбор метода получения  исходной заготовки двумя способами: вручную и с помощью ЭВМ.

      Разработаны единичный маршрутно-операционный технологический процесс изготовления вала коробки скоростей (662.59.05.01.00.033), циклограмма работы и компоновка автоматической линии.

      На первом листе графической  части курсовой работы представлен  технический проект устройства активного контроля к круглошлифовальному автомату. На втором листе графической части приведена схема управления устройством активного контроля и шлифовальной станцией.

      СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ 

    На  современном этапе развития машиностроения основной задачей является создание основ управления качеством деталей и машин, обеспечение их надежности и долговечности. Автоматизация производства в машиностроении – комплексная конструкторско-технологическая задача создания новых технологий и техники, принципиально отличных от арсенала средств неавтоматизированного производства. Генеральное направление автоматизации производственных процессов в машиностроении состоит в создании таких высокоэффективных технологических процессов и высокопроизводительных средств производства, применение которых было бы невозможно при непосредственном участии человека в управлении ими /3/. Важнейшие современные направления развития технологии машиностроения по оптимизации режимов и процессов обработки автоматизации производства и управления технологическими процессами, применению технологических методов повышения эксплуатационных качеств изготовляемых изделий и других в значительной мере основываются на достижениях математических наук, электронной вычислительной и управляющей техники, кибернетики, робототехники, металлофизики и других современных теоретических и технических наук /4/.

    Оценка  технологичности конструкции детали является важным этапом технологической  подготовки производства. Конструкция  детали является технологичной, если при ее изготовлении и эксплуатации затраты материала, времени и средств минимальны. При выборе метода получения заготовок необходимо стремиться к стабильности размеров и качества материала, рациональному распределению и постоянству припусков и твердости обрабатываемых поверхностей /1/.

    В условиях массового производства применение автоматической линии для изготовления детали диск способствует решению трех важных проблем: улучшению условий  труда работающих, повышению производительности труда и снижению численности работающих. Кроме того, автоматическая линия обладает следующими преимуществами: сокращает производственные площади, сокращает вспомогательные транспортные средства, сокращает продолжительность производственного цикла, уменьшает объем незавершенного производства, обеспечивает строгий производственный ритм в работе, что ускоряет оборачиваемость оборотных средств предприятия и снижает себестоимость продукции. Особое место при проектировании автоматической линии уделяется базированию заготовки. Сохраняя технологические базы, не следует делать лишних поворотов заготовки. На автоматической линии стремятся к концентрации переходов операций обработки. Для достижения высокой степени концентрации процесса обработки применяются многопозиционные станки. Имеет значение и выбор инструмента. Для обработки заготовок на автоматической линии широко применяется сборный инструмент с механическим креплением пластин и специальный режущий инструмент /10/. А применение ЭВМ при решении частных задач позволяет ознакомиться с рядом инженерных программных продуктов(AutoCAD,САПР,Компас и т.д.) 

1. ИСХОДНАЯ  ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

    Исходная  информация для выполнения курсовой работы по автоматизации производственных процессов в машиностроении подразделяется на базовую, руководящую и справочную (ГОСТ 14.301-83).

    Базовая информация включает чертеж вала коробки  скоростей(662.59.05.01.00.033), годовую программу выпуска деталей в количестве 100000 штук и продолжительность выпуска диска по неизменной конструкторской документации (5 лет) в соответствии с заданием на курсовую работу.

    Руководящая информация включает данные, содержащиеся в стандартах всех уровней, устанавливающих  требования к технологическим процессам  и методам управления ими, а также  в стандартах на оборудование и оснастку, документации на действующие технологические процессы, производственных инструкциях, материалах по выбору технологических нормативов.

    Справочная  информация содержит данные, имеющиеся  в технологической документации опытного производства, каталогах, паспортах, справочниках /7/, альбомах компоновок средств автоматизации технологических процессов, прогрессивных средств технологического оснащения /12/, компоновок и планировок автоматических линий и участков /13/, учебниках /4,9,10/, учебных пособиях /1,2,3,5,8,11/ и методических указаниях /6/.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Служебное назначение детали

    Вал коробки скоростей станка (662.59.05.01.00.033) служит для передачи крутящего момента  от электродвигателя к рабочиму органу станка.

    Для изготовления вала коробки скоростей используется сталь 45 ГОСТ1050-88, которая обладает высокой прочностью и вязкостью. Выбранный материал экономически выгоден для изготовления детали, поскольку данный вал является ответственной деталью.

2. Расчет  такта выпуска

    Согласно  задания на курсовую работу годовая  программа выпуска вала составляет 100000 штук. Продолжительность выпуска вала по неизменной конструкторской документации составляет 5 лет. Исходя из заданной программы выпуска детали, рассчитывается квартальное, месячное и суточное задание.

    Квартальное задание определяем по формуле:

    N_кв = N / 4,                                                              (1)

где N – годовая программа выпуска детали, шт.

N_кв = 100000 / 4 = 25000 шт.

    Месячное  задание определяем по формуле:

    N_мес = N / 12,                                                          (2)

    N_мес = 100000 / 12 = 8333 шт.

    Суточное  задание определяем по формуле:

    N_сут = N / 253,                                                        (3)

    N_сут = 100000 / 253 = 395 шт.

    При проектировании поточной линии для  изготовления кулака тип производства можно ориентировочно определить по табл. 2.1. /1/, зная годовую программу выпуска деталей и массу детали, которая равна 4,5 кг. Тип производства соответствует массовому.

    В соответствии с ГОСТ 14.312-74 форма организации производства – поточная.

    Длительность  такта для однономенклатурной линии  определяем по формуле:

    Т_т = (Ф_до×60×К_з) / N×(1+а),                                       (4)

где Ф_до = 3725 ч – действительный годовой фонд времени работы автоматической линии при двух рабочих сменах;

    К_з = 0,75 – 0,85 – нормативный коэффициент загрузки оборудования, учитывающий простои по организационно-техническим причинам и регламентированные перерывы на отдых /1/;

    а=0 - 0,05 – коэффициент, учитывающий возможные потери в связи с выпуском объектов производства, не соответствующих техническим требованиям /2/.                     T_т = (3725×60×0,75) / 100000×(1+0,03) = 1,64 мин       

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Отработка конструкции вала на технологичность

    Качественный  анализ конструкции ступенчатого вала позволяет сделать вывод о  технологичности конструкции данной детали.

    Данный  вывод сделан также на основании  нижеизложенного:

    1. существует возможность одновременной  обработки нескольких поверхностей;

    2. может быть предусмотрена возможность  механической обработки комплекта технологических баз;

    3. конструкция ступенчатого вала  коробки скоростей обеспечивает  возможность использования типового технологического процесса.

    Для сокращения технологического цикла изготовления вала разработана автоматическая линия, состоящая из автоматов и полуавтоматов, загрузочных устройств, накопителей и т. п. Кроме того, оборудование выбрано с учетом сокращения производственных площадей и использования станочников невысокой квалификации. 

2. Анализ  и разработка технических требований изготовления ступенчатого вала

     Исходя из служебного назначения  детали произведем анализ технических  требований, имеющихся на чертеже  вала, разработаем  технические  требования, которые должны быть введены  для выполнения изделием его служебного назначения.

    Техническое требование:

    1.Овальность  и конусообразность поверхности  Г и Д не более 0,008 мм.

    2.Торцовое  биение относительно поверхности  Г и Д не должно превышать  0,02 мм.

    3.Радиальное биение шеек под подшипники не более 0,01 мм.

       Невыполнение данных технических  требований может привести к  недопустимому перекосу наружного и внутреннего колец подшипников, появлению дополнительной вибрации и разрушению деталей коробки скоростей. Обрабатываемая в приспособлении заготовка может получать погрешность обработки, в результате чего не будут выдержаны заданные размеры получаемой детали. 
 

        На рис.1 представлена схема контроля  технического требования 3

Вал устанавливают  в центра. Наконечник микрокатера (1ИГП, ГОСТ6933-81, цена деления 0,005 мм)подводится к контролируемой поверхности. Деталь поворачивают на 360 градусов и определяют отклонение по разности между крайними значениями микрокатера.

    Техническое требование 2:

    Невыполнение  данного технического требования может  привести к биению шеек вала при работе коробки скоростей станка, появлению дополнительных нагрузок и разрушению деталей коробки. Обрабатываемая в приспособлении заготовка будет получать погрешность обработки, в результате чего не будут выдержаны заданные размеры получаемой детали.

    Схема контроля приведена на рис.2.

    Наконечник  микрокатора (1ИГП, ГОСТ 6933-81, цена деления 0,005 мм) подводится к контролируемой поверхности. Поворачивают деталь на 360 градусов и определяют отклонение по разности между крайними значениями отклонений микрокатора.

    При соблюдении вышеперечисленных требований кулак будет выполнять свое служебное назначение.

3. Выбор заготовки и метода ее изготовления

    Выбор метода получения заготовки произведен при помощи ЭВМ. Для выбора метода получения заготовки был использован  соответствующий программный продукт. Введя необходимые исходные данные: материал заготовки, программу выпуска вала, тип детали и т. д. получили, что оптимальным вариантом является получение заготовки из сортамента круглого сечения диаметра 55 мм, так как этот метод обеспечивает наиболее высокий коэффициент использования материала (КИМ=0,85) и стоимость черновой обработки минимальна, что удовлетворяет требованиям массового производства. Себестоимость получения заготовки относительно низкая.

    Выбор метода получения заготовки с  помощью ЭВМ представлен в  приложении 1.

4. Разработка  единичного технологического процесса изготовления ступенчатого вала

1. Выбор методов обработки поверхностей заготовки

    Метод обработки поверхностей заготовки  выбирают исходя из необходимости обеспечения наиболее рационального процесса обработки с учетом служебного назначения вала, функционального назначения поверхности, требований по геометрической точности и др.

    Обработку наружных цилиндрических поверхностей с точки зрения производительности и точности можно выполнить практически  в одном приемлемом варианте – точением.

    Обработка торцовых поверхностей фрезерованием  обеспечивает высокую производительность обработки и позволяет провести данную обработку на фрезерно-центровальной автомате в составе автоматической линии.

    Чистовую  и отделочную обработку шеек целесообразно реализовать торцекруглым шлифованием, которое обеспечит высокую производительность обработки, а также точность размеров, формы и взаимного расположения указанных поверхностей.

    Выбрав  метод обработки, составляется маршрутный технологический процесс обработки вала.

    Технологический маршрут обработки заготовки  вала приведен в табл. 1. 
 
 

      Эскиз детали с обозначением  поверхностей см. рис. 3.

    Таблица 1

Маршрутный  технологический процесс обработки  заготовки ступенчатого вала коробки скоростей 

2. Разработка  технологических переходов (выбор  оборудования, режущего инструмента, назначение режимов обработки, расчет времени на обработку)

    После разработки маршрутного технологического процесса определяем содержание операций, выбираем для их выполнения средства технологического оснащения, инструмент, оборудование, устанавливаем способ транспортирования и ориентации заготовок на позициях механической обработки, задаем методы контроля выдерживаемых размеров вала, назначаем и рассчитываем режимы резания.

      Основой проектирования процессов и оборудования в массовом производстве является метод концентрации операций обработки. Этот метод предусматривает объединение ряда элементарных операций для выполнения их на одном станке.

    Концентрация  элементарных операций позволяет выполнить  полную обработку вала на минимальном количестве станков. В курсовой работе в качестве оборудования на автоматической линии используются автоматы, полуавтоматы и специальные станки, встраивающиеся в автоматическую линию, обеспечивающие автоматическую загрузку, выгрузку заготовок и оснащенные устройствами активного контроля. Многошпиндельные вертикальные полуавтоматы, применяемые для токарной обработки вала, отличаются от одношпиндельных большей производительностью и позволяют вести обработку более сложных деталей. Параметр шероховатости поверхности при обработке на полуавтоматах Rа 6,3 – 1,6, что удовлетворяет требованиям, предъявляемым к валу.

    Проектирование  технологического процесса по методу концентрации операций позволяет во много раз сократить станкоемкость и трудоемкость изготовления вала, увеличить производительность труда, уменьшить число станков и занимаемые ими производственные площади, снизить себестоимость выпускаемой продукции /7/.

    В качестве стандартного инструмента  применяем резцы с механическим креплением пластин из твердого сплава. Это позволяет повысить стойкость  инструмента по сравнению с напаянными резцами, сократить затраты на инструмент, а также повысить режимы резания за счет простоты восстановления режущих свойств пластин путем их поворота. Окончательную обработку вала производим на шлифовальных  полуавтоматах.

    После выбора оборудования и режущего инструмента  назначаем режимы резания на каждую станцию обработки заготовок. При назначении элементов режимов резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.

    25 операция – автоматно-линейная.

    Станция 5 – круглошлифовальная.

    Поз. 1.

1. Выбор инструмента.

    В качестве инструмента на данной позиции  применяем шлифовальный круг ПП 600х60х307 24А50ПСМ27К5 50м/с А1.

2. Эффективная мощность N.

    При врезном шлифовании периферией круга  эффективную мощность определяем по формуле:

где V_з = 40 – скорость вращательного перемещения заготовки, м/мин; S_р = 0,005 – радиальная подача при врезном шлифовании, мм/об; d = 40 – диаметр шлифуемой поверхности, мм; b = 57 – ширина шлифования, мм; С_n = 0,14 – коэффициент; г = 0,8, y = 0,8, q = 0,2, z = 1 – показатели степеней.

      N = 4,5 кВт

3. Скорость круга V_к.

      V_к = 50 м/с

4. Частота вращения шпинделя инструмента n_k.

      Частоту вращения круга определяем по формуле:

      n_k = V_к * 60000 / (p * D),                                           (18)

где D = 600 – диаметр круга, мм.

      n_k = 50 * 60000 / (3,14 * 600) = 1591,6 об/мин

5. Подача S.

      S = 7,5 мм/мин

      Подачу  корректируем по паспорту станка: S = 7,5 мм/мин.

6. Основное технологическое время Т_о.

    Основное  технологическое время при врезном шлифовании определяем по формуле:

      Т_о = L_х / S                                                     (19)

      Т_о = 1,85 / 7,5 = 0,25 мин

      Т_всп = 0,16 мин

      Т_шт = 0,25 +0,16 = 0,41 мин

    Штучное время на данной позиции кратно такту.

    В курсовой работе рассчитаны режимы резания на ЭВМ для предварительного точения, для фрезерования шпоночных пазов, а также для нарезания резьбы.

    Кроме того необходимо пронормировать все  переходы технологического процесса и  определить для каждого перехода основное время Т_о, вспомогательное время Т_в, величину собственных внецикловых потерь времени Т_еi при работе автоматизированного оборудования. Результаты нормирования сведены в табл. 2.

      Таблица 2

      Нормирование  технологического процесса механической обработки кулака на автоматической линии