Технологический процесс обработки червяка, специальная оснастка, анализ точности обработки

Особенности современного машиностроительного производства, стремление к его интенсификации в условиях частой сменяемости выпускаемой продукции выдвигают на первый план задачу сокращения сроков разработки технологических процессов и повышения качества проектных решений.

Обновление современного промышленного потенциала должно осуществляться в условиях роста фондооснащенности, технического перевооружения и модернизации производства, ускоренного обновления основного капитала, сокращений жизненного цикла новой техники, что влечёт за собой сокращение сроков её разработки и освоения, повышения конкурентоспособности продукции. Одним из путей повышения производительности труда и снижения себестоимости изготовления изделий является совершенствование действующих технологических процессов и их замена более прогрессивными.

Эта работа проводится на основе комплексного анализа, как конструкции изделий (деталей), так и технологии их изготовления, начиная с выбора более прогрессивных видов заготовки. Серьёзное внимание уделяется повышению качества выпускаемых изделий, повышению их надёжности и долговечности.

В данном курсовом проекте разрабатываются технологический процесс обработки червяка, специальная оснастка, анализ точности обработки.

Основой проекта является разработанная технологическая часть. Решение всех остальных частей проекта производиться на основании данных и требований технологического процесса.

Изменение технологического процесса позволяет не только улучшить форму организации производства, но и в некоторых случаях получить ощутимый эффект от внедрения новых методов получения заготовки и обработки детали.

1. Назначение и конструкция детали

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине.

Червячные редукторы применяют для передачи движения между скрещивающимися (обычно под прямым углом) осями. Они обладают высокой плавностью хода и бесшумностью в работе и самоторможением при определенных передаточных числах, что позволяет исключать из привода тормозные устройства.

Червячная передача состоит из червяка и червячного колеса. Червяк изготавливают из стали за одно целое с валом (вал — червяк) резанием, фрезерованием или накаткой (в горячей состоянии) с последующим упрочнением боковых поверхностей витков червяка. В опорах вала-червяка могут быть установлены как роликовые конические однорядные, так и шариковые радиально — упорные однорядные подшипники. Червячное колесо представляет собой сборочную единицу, состоящую из центра и зубчатого венца. Венец надет на центр с натягом, который выбирают из условия обеспечения передачи вращающего момента от колеса. Колесо, в свою очередь, надето на вал с натягом (для лучшего центрирования), а вращающий момент на вал передают с помощью шпоночного соединения.

В качестве материала для детали, учитывая условия эксплуатации, используется конструкционная легированная сталь 40Х ГОСТ 4543–71.

Таблица 1.1

Химический состав стали 40Х ГОСТ 4543–71, %

Таблица 1.2

Механические свойства стали 40Х ГОСТ 4543–71

2. Анализ технологичности

Деталь — изготовлена из легированной стали 40Х и проходит термообработку, что имеет большое значение в отношении короблений, возможных при нагревании и охлаждении детали.

Червяк представляет собой деталь типа тела вращения. Деталь является достаточно жесткой, что позволяет использовать высокопроизводительное оборудование и вести обработку на нормативных режимах резания, не уменьшая их. Обработка почти всех поверхностей ведется с установкой по центровым отверстиям, что позволяет значительно снизить погрешность установки детали. Конструкция детали дает возможность совмещать конструкторские, технологические и измерительные базы.

Для обработки всех поверхностей детали существует возможность применения высокоэффективного оборудования и высокопроизводительных методов обработки. Некоторые размеры детали обеспечиваются самим инструментом. Шпоночные пазы находятся в одной плоскости, что упрощает их обработку.

К недостаткам можно отнести различные углы наклона боковых граней в местах нарезки резьбы и глубину паза на конической поверхности детали. Также нетехнологичным является то, что шпоночные пазы имеют различную ширину, уменьшение диаметров поверхностей от середины к торцам вала, нарезание витков червяка.

В целом конструкция червяка является достаточно технологичной и позволяет сравнительно легко и гарантированно обеспечивать заданные требования известными технологическими способами. При этом на всех операциях обеспечивается соблюдение принципа единства и постоянства баз.

3. Определение типа производства

Ввиду отсутствия данных, необходимых для определения коэффициента закрепления операций на начальной стадии проектирования тип производства определяем ориентировочно, пользуясь рекомендациями методических указаний.

Рассчитаем размер партии деталей по формуле:

(3.1)

где N — годовая программа выпуска (2400 шт.); а — количество дней запаса деталей на складе (принимаем а=6); Ф — количество рабочих дней в году (Ф=254).

При массе детали m_д =10 кг и количестве деталей в партии 56,7 штуки принимаем тип производства — среднесерийное. После расчета норм времени на операции произведем уточнение типа производства.

4. Анализ базового техпроцесса

В базовом техпроцессе заготовкой является прокат. При обработке червяка применяются высокопроизводительные станки с ЧПУ.

Для обеспечения точности и высоких скоростей резания используется режущий инструмент с механическим креплением твердосплавных пластин.

После выполнения токарных операций в базовом технологическом процессе предусмотрена термическая обработка для устранения наклепа и снятия внутренних напряжений. После термообработки производится отделочная операция по правке центровых отверстий, точность изготовления которых необходима в дальнейшем для уменьшения погрешности базирования на дальнейших операциях.

Базовый маршрутный техпроцесс представлен в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Маршрутный техпроцесс обработки

Чтобы уменьшить затраты на изготовление данного изделия, следует заменить старые станки на более усовершенствованные, с числовым программным управлением, что улучшает качество и количество обрабатываемых изделий. Операции 055 и 060 совместим и заменим станок ДФ1016 на вертикально-фрезерный с ЧПУ 6Р13Ф3. На 110 операции выполняется полирование на токарном станке. Заменим её на алмазное выглаживание.

Применяя мерительный и режущий инструмент на современном оборудовании можно увеличить производительность процесса изготовления детали.

5. Разработка автоматизированного техпроцесса механической обработки резанием

Для обработки поверхности Ш мм рассчитываем необходимое количество переходов по коэффициенту уточнения.

Необходимое общее уточнение рассчитывается по формуле:

(5.1)

гдедопуск на изготовление заготовки, мм;

— допуск на изготовление детали, мм.

Допуск заготовки мм, допуск детали мм.

Для обработки поверхности Ш принимаем следующий маршрут:

— черновое точение;

— чистовое точение;

— шлифование.

Допуски на межоперационные размеры:

мм (квалитет точности IT12);

мм (квалитет IT11);

мм (квалитет IT8).

Рассчитываем промежуточное значение уточнений по формулам 5.2

;; (5.2)

; ;

Определяем общее уточнение для принятого маршрута обработки по формуле 5.3.

(5.3)

;. 115,8 < 116,1

Полученное значение показывает, что при принятом маршруте точность обработки поверхности Ш обеспечивается.

Таблица 5.1

Принятый маршрутный техпроцесс обработки червяка

6. Расчёт норм времени

червячный деталь автоматизированный резание

В среднесерийном производстве рассчитывается норма штучно-калькуляционного времени:

(6.1)

где — штучное время, мин;

— подготовительно-заключительное время;

— размер партии деталей.

Штучное время определяется по формуле (6.2)

(6.2)

Где — оперативное время, мин;

— время на обслуживание рабочего места, отдых рабочего, определяется в процентах от оперативного времени.

Операция № 015 — токарная с ЧПУ

Определяем основное время

(6.3)

Где L — длина рабочего хода, в мм.;

i — число проходов;

S₀ — подача на оборот, в мм/об.;

n — частота вращения шпинделя, в мин^-1;

L = I + y + ?(6.4)

Где I — длина резания, в мм.;

y — величина врезания, в мм.;

? — величина перебега, в мм.;

L₁ = 331 + 35 + 8 =374 мм.;

Итак t_о = 1,44 мин Определяем вспомогательное время

t_в = t_в.у + t_м.в = 1,3 + 0,15 = 1,45 мин., (6.5)

где t_в.у — время на установку и закрепление детали, мин.,

t_в.у — время, связанное с выполнением вспомогательных ходов и перемещений инструмента при обработке поверхностей, мин.;

Определяем оперативное время.

t_оп =? t_o + t_в = 1,44 + 1,45 = 2,89 мин.; (6.6)

Определяем время на организационное обслуживание рабочего места

t_орг.об = 2% Ч t_оп = 0,02 Ч 2,89 = 0,06 мин. (6.7)

Определяем время на отдых

t_отдх = 2% Ч t_оп = 0,02 Ч 2,89 = 0,06 мин. (6.8)

Определяем штучное время.

t_шт = t_оп + +t_орг.об +t_отдх = 2,89+ 0,06 + 0,06 = 3,01 мин.(6.9)

Определяем подготовительно — заключительное время

t_п.з = 30 мин.

Определяем штучно — калькуляционное время.

(6.10)

где n — количество деталей в партии (n = 56 шт.).

Операция 030-вертикально-фрезерную

Выполняется фрезерование шпоночного паза по длине L= мм

Основное время на операцию:

To = 10,8 мин Вспомогательное время:

— включение и выключение станка: t1=0,05 мин;

— подвод и отвод инструмента: t2=0,07 мин;

— время перемещение фрезерной головки: t3=0,15 мин;

tв=0,05+0,07+0,15=0,27 мин.

Оперативное время:

Toп = to+tв

Toп = 10,8+0,27=11,07 мин Время на обслуживание рабочего места и отдых [10]:

Tобс = 0,076tоп;

Tобс = 0,076*11,07 = 0,84 мин Определяем штучное время.

t_шт = t_оп +(t_орг.об +t_отдх) = 11,07+ 0,84 = 11,91 мин.

Подготовительно-заключительное время:

tп.з = 21 + 4 + 3 + 2 = 30 мин Таблица 6.1

Сводная таблица норм времени

Производим уточнение типа производства В этом случае для нового технологического процесса по формуле 6.11 рассчитываем необходимое количество оборудования по операциям Определяем количество станков по формуле

(6.11)

Где — годовая программа, шт.;

— штучное или штучно-калькуляционное время;

— действительный фонд времени, ч. (=4029);

— нормативный коэффициент загрузки оборудования, (=0,85).

Фактический коэффициент загрузки рабочего места вычисляется по формуле.

По формулам 6.12 и 6.13 определяем фактический коэффициент загрузки рабочего места и количество операций, выполняемых на рабочем месте.

(6.12)

Где — принятое количество станков.

Количество операций, выполняемых на рабочем месте, определяется по формуле:

(6.13)

Рассчитанные значения для всех операций заносим в сводную таблицу 6.2.

Таблица 6.2

Расчетные данные для уточнения типа производства

Суммарное число операций =178,19.

Определим коэффициент закрепления операций по формуле

(6.14)

Где — принятое количество станков.

По ГОСТ 3.1121−84 коэффициенту закрепления операций соответствует среднесерийное производство ().

7. Экономическое обоснование средств автоматизации

Экономическое сравнение базового и принятого техпроцессов проводим по текущим и приведенным капитальным затратам на единицу продукции для токарной операции черновой, выполняемой на станке с ЧПУ 16К20Ф3 и чистовой, выполняемой на станке с ЧПУ 16К20Ф3 (базовый) и токарной черновой и чистовой, выполняемой на станке с ЧПУ 16К20Ф3 (проектируемый). Также для фрезерной обработки на станке ДФ1016 (базовый) и вертикально-фрезерной обработки на станке с ЧПУ 6Р13Ф3 (проектируемый).

Приведенные затраты для двух сравниваемых вариантов техпроцесса рассчитываются по формуле:

(7.1)

Где — технологическая себестоимость, руб.;

— нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений ();

и — удельные капитальные вложения в станок, и здание соответственно.

Расчет основной и дополнительной зарплаты выполняется по формуле:

(7.2)

Где — часовая тарифная ставка по операции, руб./час;

— коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату и начисления ().

— коэффициент, учитывающий зарплату наладчика, ()

— коэффициент, учитывающий оплату рабочего при многостаночном обслуживании ().

Аналогично рассчитываем зарплаты всех рабочих и результаты заносим в таблицу 7.2. Расчёт часовых затрат по эксплуатации рабочего места выполняется по формуле:

(7.3)

где — часовые затраты на базовом рабочем месте (С_ч.з.= 6775 руб./час);

— коэффициент, показывающий во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка, больше, чем аналогичные расходы у базового станка.

Определяем часовые затраты по эксплуатации рабочего места для операций базового техпроцесса

руб.

Аналогично рассчитываем часовые затраты по эксплуатации рабочего места для других операций. Полученные результаты заносим в таблицу 7.2.

Капитальные вложения в оборудование рассчитываются по формуле:

(7.4)

Где — отпускная цена станка, млн. руб.;

— коэффициент, учитывающий затраты на транспортировку и монтаж ();

— принятое число станков на операцию.

Рассчитываем капитальные вложения в оборудование для всех операций и результаты сводим в таблицу 7.2.

Капитальные вложения в здания рассчитываются по формуле:

(7.5)

где — стоимость одного квадратного метра площади

— площадь, занимаемая одним станком с учетом проходов, м²

— количество станков.

(7.6)

Где — площадь станка в плане, м;

— коэффициент, учитывающий дополнительную производительную площадь (при м; при м; при <2 м; при м; при м).

Таблица 7.1

Исходные данные для экономического обоснования

Определяем капитальные вложения в станок и здание для операции № 020 базового техпроцесса

тыс. руб.

руб.

Аналогично рассчитываем капитальные вложения в станок и здание для остальных операций, и результаты расчетов заносим в таблицу 7.2.

Определяем технологическую себестоимость сравниваемых операций по формуле

(7.7)

Рассчитываем технологическую себестоимость для операций № 020 и № 055 базового техпроцесса.

руб.

Аналогично рассчитываем технологическую себестоимость для остальных операций, и результаты заносим в таблицу 7.2

Таблица 7.2

Расчет приведенных затрат

Определяем приведенные затраты для базового и проектируемого техпроцесса по формуле 7.1

руб.

руб.

Экономический эффект от внедрения принятого варианта техпроцесса рассчитывается по формуле:

(7.8)

где — приведенные затраты по базовому техпроцессу;

— приведенные варианты по проектируемому техпроцессу.

руб.

Принятый вариант более выгодный по отношению к базовому.

Заключение

В результате выполнения данного курсового проекта был проведен анализ и разработка технологического процесса получения червяка в условиях среднесерийного производства. Важнейшим этапом проектирования технологии является назначение маршрутного техпроцесса обработки, выбор оборудования, режущего инструмента и станочных приспособлений.

В ходе курсового проектирования по отношению к базовому техпроцессу был предложены изменения:

— заменен метод получения заготовки;

— операции 055 и 060 совместили и заменили станок ДФ1016 на вертикально-фрезерный с ЧПУ 6Р13Ф3.

— на 110 операции выполняется полирование на токарном станке. Заменили её на алмазное выглаживание.

— заменены модели металлорежущего оборудования и режущего инструмента, на более современные.

В курсовом проекте были рассчитаны режимы резания для всех операций двумя методами — аналитическим и по нормативам. Расчет режимов резания позволил не только установить оптимальные параметры процесса резания, но и определить основное время на каждую операцию, сократив тем самым время обработки.

Экономические расчеты показали, что проектируемый вариант технологического процесса изготовления детали является более эффективным, так как обеспечивает минимум приведенных затрат на единицу продукции. Однако, полученное значение затрат не является объективным, так как проектируемый вариант не учитывает изменение размеров изделия в течение года, а рассчитан на производство одной детали в течение нескольких лет, а в базовом варианте изготовление детали ведется на автоматической линии, рассчитанной на быструю переналадку.

Список использованных источников

:

1. Горбацевич А. Ф., Шкред В. А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. — Мн.: Выш. школа, 1983 — 256 с.

2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1985.

3. Справочник под ред. Ю. В. Барановского — М.: изд-во ''Машиностроение'', 1972 — 407 с.

4. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2 / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1985.

5. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. Методические указания для студентов специальности Т.03.01.00 — Могилев: МГТУ, 2001. — 48 с.

6. Режимы резания металлов: Справочник / Под ред. Ю. В. Барановского — М.: Машиностроение, 1972.

7. Технология машиностроения. Курсовое и дипломное проектирование: учеб. пособие / М. Ф. Пашкевич [и др.]; под ред. М. Ф. Пашкевича.- Минск: Изд-во Гревцова, 2010;400с.

8. Дипломное проектирование по технологии машиностроения / Под общ. ред. В. В. Бабука. — Мн.: Выш. шк., 1979.

9. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Зуборезные, горизонтально-расточные станки. — М.: Машиностроение, 1974.

10. Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного на обслуживание рабочего места и подготовительно-заключительного для технического нормирования. Серийное производство. — М.: Машиностроение, 1974.