Введение

      Двадцать  первый век ознаменован новыми открытиями во всех отраслях знаний, созданием  новых прогрессивных технологий в науке и промышленности, в  том числе и в машиностроении.

      Машиностроение  по составу выпускаемой продукции  и ее значению является основой экономики страны и определяет ее технический уровень. На машиностроительных предприятиях изготавливаются орудия труда для всех видов хозяйственной деятельности, а также предметы потребления и продукция оборонного назначения. От уровня развития машиностроения в значительной степени зависит производительность общественного труда, технический прогресс, благосостояние государства и его граждан и обороноспособность страны. Большую долю от всех поступлений в местный и федеральный бюджеты осуществляется предприятиями машиностроения. Зачастую предприятия машиностроительной отрасли являются градообразующими.

      Главная задача машиностроения обеспечить все  отрасли экономики высокоэффективным  и высокотехнологичным оборудованием. Успешного решения экономических и социальных проблем можно добиться только за счет опережающего развития машиностроения. Машиностроение России - это многоотраслевой комплекс, располагающий крупным производственным потенциалом. В нем сосредоточено 42% работников, занятых в промышленности, более 24% основных производственных фондов, выпускается свыше 12% объема товарной продукции промышленности. В машиностроительный комплекс входят: тяжелое, энергетическое и транспортное машиностроение, электротехническая промышленность, приборостроение, химическое и нефтяное машиностроение, станкостроительная и инструментальная промышленность, тракторное и сельскохозяйственное машиностроение, автомобильная промышленность, строительно-дорожное и коммунальное машиностроение.

      Внедрение в промышленность многооперационных станков с ЧПУ способствует новому подходу к вопросам технологии механической обработки деталей, который обеспечит значительное повышение точности изделий. Применение станков с ЧПУ, в которых сокращается специализация по видам обработки, характеризует большие  
 
 
 
 
 
 
 
 

       1Технологическая часть

      1.1Служебное  назначение детали

         1.1.1 Деталь “Вал” является одной из распространенных номенклатурных частей деталей машин. Ежегодный выпуск превышает свыше миллиона единиц.

      Некоторые характеристики материала изготавливаемой детали.

      Материал  рельса: Сталь 45Х18 ГОСТ 1050-88

      1.1.2 Механические свойства алюминиевого  сплава по ГОСТ 977-85:

      Временное сопротивление разрыва                                    460 МПа;

      Относительное удлинение                                                        5 %;

      Твердость                                                                               270 НВ.

      Таблица 1.2 – Механические свойства материала

      1.2 Определение типа производства

      1.2.1 В последнее время на предприятиях экономические составляющие являются его главными характеристиками. Экономические составляющие предприятия зависят от множества причин, но одной из причин следует отметить правильный выбор типа производства. От правильности этого выбора зависит: составление технологического процесса, выбор оборудования и т.д.

      Предварительно  тип производства определяется по известному годовому объёму выпуска и массе  детали (табл. 1.3).

      Окончательное определение типа производства осуществляется, после разработки технологического процесса и расчёта количества рабочих мест по ГОСТ 3.1121-84 коэффициентом закрепления операций

       ,          ( 1.1)

      где О – число различных операций, выполняемых в течение планового периода, 

             Р – число различных мест ,выполняющих различные операции.

             Значение применяют для планового периода, равного одному месяцу.

      1.2.2 Согласно заданию на дипломное проектирование заданным типом производства является: серийное производство. Связи с тем, что заданием определён тип производств, то его повторное определение не имеет смысла. Для дальнейших расчётов и составления технологического процесса принимаем тип производства: среднесерийный.

      1.3 Анализ технологичности детали

      1.3.1 Анализ технологичности конструкции  детали (по 

ГОСТ14.201-83) производится с целью увязки конструкторских и технологических требований, предъявляемых к детали при заданном объёме её выпуска. Технологическая характеристика детали определяется коэффициентом

      Таблица 1.3 - Ориентировочное определение типа производства по годовому объёму выпуска и массе детали

      точности, коэффициентом шероховатости и коэффициентом использования металла .Результаты сводим в таблицу 1.3.

      Таблица 1.4 - Технологическая характеристика детали «Вал»

      1.3.2 Коэффициент точности обработки

       ,         (1.2)

       ,         (1.3)

      где IT_i - квалитет точности,

             n_i - количество размеров, имеющих точность соответствующего квалитета

             n -общее количество принятых во внимание размеров детали

      1.3.3 Коэффициент шероховатости поверхности

      Кш=1-1/Ra _ср,          (1.4)

      где Ra _ср- среднее числовое значение параметра шероховатости по Ra для всех обрабатываемых поверхностей.

       ,         (1.5)

где Ra_i –численное значение параметра шероховатости поверхности;

       m_i – количество поверхностей имеющих соответствующую шероховатость;

             m - общее количество принятых во внимание поверхностей.

      Ra _ср = 1494/136= 10.98

      1.3.4 Коэффициент использования металла

      К _им = м_д / Н _расх. ,        (1.6)

      где м_д – масса детали, кг;

             Н _расх. – норма расхода материала на деталь.

      К _им = 13,5/21,5=0,63

      К_ш=1-1/10.98= 0.91

      Значение  полученных коэффициентов близко к  единице, что свидетельствует о низкой точности большинства поверхностей детали и большей их шероховатости.

      Низкая  точность и большая шероховатость  большинства  поверхностей и  отверстий детали, не является причиной признания данной детали не технологичной, а является лишь частью совокупности показателей характеризующих технологичность детали “Вал”. 

      1.4 Расчет припусков 

         1.4.1 Припуски на обработку заготовки выбираются в зависимости от экономически принятого способа обработки, конфигурации изделия и его веса. Расчет припусков может производиться статистическим и аналитическим методом.

       Общий припуск - слой металла для обработки  и получения необходимой геометрии и шероховатости изделия. Промежуточный припуск- слой металла для технологического перехода. Величина припуска должна быть достаточной чтобы  удалить дефектный слой металла с заготовки, а так же для компенсации погрешности установки и базирования детали.

       Расчетно-аналитический  метод более приближает заготовку  к размерам детали уменьшая слой металла на припуск перед другими методами.

       Припуск при обработке наружных и внутренних цилиндрических поверхностей рассчитывают по формуле  

                                    ,                    (1.7)

где  ,

        ,

     ,

         – высота неровностей профиля на предшествующем переходе, мкм;

          – глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе, мкм;

          – погрешность установки заготовки на выполняемом переходе, мкм;

          – суммарное отклонение расположения поверхности, мкм;

          – суммарное отклонение оси детали от прямолинейности (кривизна), мкм;

          – отклонение оси детали от прямолинейности (удельная кривизна), мкм/мм.

        Расчетный минимальный припуск при последовательной обработке плоских поверхностей (односторонний пропуск) определяется по формуле: 

                                                            (1.8) 

       1.4.2 Производим расчет припусков на фрезерование  поверхности рельса по головке. Шероховатость обработанных поверхностей Ra = 12,5  мкм.

     Фрезерование  производится за два прохода. Точность и качество поверхностей рельсового проката: Rz = 160м, h = 250 [1, табл. 7, стр.182].

     Суммарное отклонение расположения поверхности  = 2,5*485=1212,5 мкм [1, табл.8, стр.183].

Так как величина допуска  на изготовление заготовки составляет Td = 1600 мкм, погрешность центрования заготовки будет:

= 0,25*1600 = 400 мкм

Тогда суммарное отклонение расположения поверхности:

= 1212,5 ² +400² = 1277 мкм

Остаточное отклонение расположения заготовки :

= 1277*0,06= 76,6 мкм

Остаточная кривизна после чернового шлифования :

= (218+3,9)*0,03 = 6,66 мкм 

     Погрешность установки в 3 кулачковый патрон

     Е = 400*0,8 = 320 мкм

     Е = 0,06*320 = 19,2 мкм

     Определяем  расчетную величину минимального припуска

     2 _{z min1} = 2 (160+250)+√1277+320 = 3453 мкм

     2 _{z min2} = 2 (63+60) +√76,6+19,2 = 404 мкм

     2 _{z min3} = 2 (32+30) + √218+3,9 = 568,3 мкм

     2 _{z min4} = 2 (10+6,66) = 33,3 мкм 

     Таблица 1.5 – Данные для расчета припуска 

     Результаты    расчета     припусков     по     формуле   1.13    приведены   в таблице 1.6. 

      Таблица 1.6 - Расчет припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам на фрезерование поверхности головки рельса

      1.4.3 На основании полученных значений показателей и анализа конструкции детали подлежат оценке:

             - форма, точность размеров и шероховатость поверхностей детали с целью выбора  метода получения заготовки и применения наиболее простых и производительных способов обработки;

            - удобство установки детали на станке или в приспособлении, возможность свободного подхода и выхода режущего инструмента к обрабатываемым поверхностям;

             -целесообразность термической обработки для получения заданных  прочностных  характеристик детали.

      1.4.5 Оценка технологичности детали «Вал»:

             -согласно техническому заданию деталь обладает  простой формой и низкой точностью;

             -деталь благодаря простой форме обеспечивает свободный подвод и отвод режущего инструмента;

             -деталь обрабатывается на прогрессивном и технологичном оборудовании;

            -для детали не требуется высокая твёрдость, а соответственно и термическая обработка;

      1.4.6 Конструкция детали «Вал» признана технологичной за счёт применения малого количества оборудования, приспособлений, а из этого следует снижение себестоимости и трудоёмкости производства данной детали. 

      1.5 Выбор заготовки

      1.5.1 Одно из основных направлений  современной технологии машиностроения  – совершенствование заготовительных процессов с целью снижения припусков на механическую обработку.

      1.5.2 При выборе заготовки первоначально  решается вопрос об основных  способах изготовления заготовки.  Предпочтительным должен быть тот метод, который обеспечивает наименьшую технологическую себестоимость изготовления детали и более высокий коэффициент использования материала, что должно обосновываться технико-экономическим анализом двух близких  по своим технологическим параметрам способов получения заготовок с учётом затрат на механическую обработку. 

      В процессе выполнения курсового проекта необходимо выбрать способ получения заготовки на основании сравнения нескольких вариантов. Выбор основных альтернативных вариантов способа получения заготовки можно производить, руководствуясь рекомендациями.

      1.5.3 Почти по всем требованиям выбранные способы получения заготовки удовлетворяют заданным требованиям, за исключением се

бестоимости заготовки. Себестоимость заготовки  произведённой прокатом объективно выше литья, это вызвано тем, что при производстве заготовки литьём, чтобы добиться той же точности, что и у проката необходимо применение точных способов получения заготовок.

      1.5.4 Однако в данном случае специфика детали требует изготовления заготовки только из рельсового проката.

      1.5.5 В настоящее время создаются автоматизированные установки для формовки, в которых автоматически производятся формирование формы. 

      1.6 Анализ базового технологического процесса

      1.6.1 Для обоснования принятых при  выполнении курсового проекта решений необходимо произвести критический анализ базового технологического процесса изготовления детали.

      1.6.2 Необходимо в целях повышения производительности обработки заменить инструмент. Так же возможно применения место обычного фрезерного станка, фрезерный станок с ЧПУ. Это позволит намного облегчить обработку детали, а также даст возможность исключить ручную настройку станка на размер. Для более точного контроля размера необходимо применить контрольное приспособление, которое предложено в данном дипломном проекте.

1.7 Разработка технологического маршрута обработки детали «Вал»

      1.7.1 Разработка технологического процесса входит основным разделом в технологическую подготовку производства  и выполняется на основе принципов " Единой системы технологической подготовки производства " (ГОСТ 14.001-73). Разрабатываемый технологический процесс должен быть прогрессивным, обеспечивать повышение производительности труда и качества деталей.

      1.7.2 Технологический процесс разрабатывается на основе типового или базового технологического процесса. Для разработки технологического процесса обработки детали требуется предварительно изучить её конструкцию и функции, выполняемые в узле, механизме, проанализировать технологичность конструкции и проконтролировать чертёж.

      В условиях применения сложного, дорогостоящего оборудования необходимо более тщательно выполнять технологические разработки, выбирать режущий и вспомогательный инструмент, более полно использовать возможности станка, правильно выбирать модель станка, номенклатуру обрабатываемых на нём деталей. Маршрут обработки выбирают исходя из требований рабочего чертежа и принятой заготовки. При составлении технологического маршрута руководствуются следующими общими правилами:

• каждая последующая операция должна уменьшать погрешность и улучшать качество поверхности;
• в первую очередь следует обрабатывать поверхности, которые будут служить  технологической базой для дальнейших операций;
• отделочные операции производить в самом конце технологического процесса, так как при этом уменьшается опасность повреждения чисто обработанных поверхностей;
• обработку поверхностей с точным взаимным расположением следует по возможности включать в одну операцию и выполнять за одно закрепление заготовки;
• последовательность обработки должна обеспечить требуемое качество выполнения детали.

      1.7.3 Технологический контроль назначать после тех этапов обработки, где возможно повышенное количество брака.  

      1.8 Выбор оборудования и технологической оснастки

      1.8.1Выбор оборудования производится с учётом типа производства и объёма выпуска. Технологическое оборудование назначается на каждую операцию технологического процесса механической обработки детали. В настоящее время ведётся большая работа по дальнейшей автоматизации процесса обработки и управления металлорежущими станками. Получили развитие системы программного управления станками, которые значительно сокращают время переналадки станка с одной детали на другую, дают высокую точность и стабильность обработки.

      1.8.2 Широкое распространение в настоящее время находят системы программного управления станками, основанные на использовании чисел для задания программы перемещения исполнительных органов станка в процессе обработки.

      1.8.3 Станки с ЧПУ быстро переналаживаются без смены или переустановки механических элементов. Достаточно изменить вводимую в станок информацию, и он начнёт работать по другой программе. Это определяет высокую универсальность станков с ЧПУ.

      Применение  станков с ЧПУ позволяет создать  новые прогрессивные формы организации производства с использованием ЭВМ и значительно сократить сроки освоения выпуска новых изделий. Принятая при разработки технологического процесса степень концентрации операций предопределяет выбор модели оборудования:

      - вид обработки;

      - точность и жёсткость станка;

      - габаритные размеры станка;