Модернизация и техническое перевооружение на примере механообрабатывающего цеха № 103 акционерного общества "Вологодский оптико-механический завод" (АО ВОМЗ)

Далее рассмотрим основных работников по операциям технологического процесса в соответствии с таблицей 1.9.

Таблица 1.9 - Количество основных работников по операциям

Трудоемкость Тгод, нч	Количество оборудования на участке Спр, шт	Количество работающих, чел
		Расчетное	Принятое
4016	1	0,1	1
1670	1	0,2	1
1239	1	0,7	1
4220	1	1,1	1
8855	1	0,6	1

Численность рабочих рассчитываем по формулам (1.11-1.14):

1) численность вспомогательных рабочих

, (1.11);

2) численность контролеров ОТК

, (1.12);

3) численность ИТР

, 1.13);

4) численность МОП

, 1.14)

где - общее количество основных работников по всем операциям технологического процесса.

.



Расчет трудоемкости годовой программы по изготовлению детали по операциям технологического процесса представлен в таблице 1.10:

Таблица 1.10 - Трудоемкость годовой производственной программы по операциям технологического процесса

№ оп	Наименование операции	Nгод, шт	Время обработки, мин		k	Тгод, нч
			t шт	t о	t всп	t шт-к
005	Отрезная	1300	3,65	2,15	1,53	3,95	1,03	2,6	4016
015	Токарная	1300	4,43	8,87	1,53	4,73	1,03	2,6	1670
020	Правка	1300	7,406	6,01	1,53	7,706	1,03	2,6	1239
030	Токарная с ЧПУ	1300	8,195	6,62	1,53	9,055	1,03	2,6	4220
035	Токарная с ЧПУ	1300	9,6	3,23	1,53	9,9	1,03	2,6	8855
Итого	1300	32,336	26,88	7,65	34,341	3,9	2,6	20000

Расчет фонда заработной оплаты персонала представлен в таблице 1.11:

Рассчитаем среднюю тарифную ставку (формула 1.15):

, (1.15)

где - меньший ближайший разряд относительно среднего разряда ( = 3);

- тариф меньшего разряда, руб/час. ( = 60 руб.);

- тариф большего разряда, руб/час. ( = 90).

Общий фонд тарифной заработной платы рассчитаем по формуле (1.16):

, (1.16)



Таблица 1.11 - Годовой фонд заработной платы основных работников по всем операциям технологического процесса

Наименование показателей	Размер, руб.
1. Основная заработная плата	7353076
2. Дополнительная заработная плата	735307,6
3. Доплаты: а) вредные условия труда; б) работа в ночное время; в) работа в сверхурочное (вечернее) время. г) за выполнение нормированного задания. д) за профмастерство е) за напряженность норм	4757678 495936 1653120 826560 4489648 423198 82656
4. Сумма премий из ФЗП.	528998

Рассчитаем дополнительные оплаты к тарифной заработной плате (формулы 1.17 - 1.27):

1) за напряжённость норм

, (1.17)

где - норма доплат ( = 4);

2) дополнительная оплата за условия труда

, (1.18)



где - норма доплат ( = 24);

3) дополнительная оплата за профессиональное мастерство

, (1.19)

где норма доплат ( = 16);

4) дополнительная оплата за работу в вечернее время

, (1.20)

где - норма доплат (20%) ( = 20);

- часы, отработанные в вечернее время (4 ч) ( = 4);

5) дополнительная оплата за работу в ночное время

, (1.21)

где - норма доплат (40%) ( = 40);

- часы, отработанные в ночное время (2 ч) ( = 2);



6) дополнительная оплата за выполнение нормированного задания

, (1.22)

где - норма доплат (17%) ( = 17);

7) расчет премии

, (1.23)

где - норма премии (20%) ( = 20);

8) расчет фонда основной заработной оплаты

, (1.24)

где - сумма всех доплат ( = 4757678 руб.);

9) расчет фонда дополнительной заработной оплаты

, (1.25)



10) расчет общего фонда заработной платы

, (1.26)

11) расчет стоимости одного нормо-часа с учётом доплат и премии

, (1.27)

Далее рассмотрим смету расходов на содержание и эксплуатацию оборудования. В таблице 1.12 представлена ведомость основных фондов цеха с расчетом амортизации:

Таблица 1.12 - Ведомость основных фондов цеха

№ п/п	Наименование статьи расхода	Сумма, руб.
1	Амортизация	274
2	Техническое обслуживание и текущий ремонт	49,4
3	Силовая электроэнергия	99,8
4	Инструмент	0,1
5	Техническая вода	4560
6	Вспомогательные материалы	3677653,8
7	Сжатый воздух	6360,73

Амортизационные отчисления на дорогостоящую оснастку и оборудование с длительным сроком службы рассчитаем по формуле (1.28):

(1.28)

где - первоначальная стоимость оснастки (оборудования) на i-й операции, руб. ( = 801600 руб.);

- годовая норма амортизационных отчислений на оснастку (оборудование) на i-й операции (%) ( = 14);

- основное (машинное) время на i-й операции, мин.( = 34,336мин.);

- действительный (эффективный) фонд рабочего времени оснастки (оборудования), ч. ( = 3634,7ч).

Расходы на электроэнергию рассчитаем по формуле (1.29):

(1.29)

где - цена 1кВТ/ч электроэнергии, руб./кВт·ч. ( = 4,5 руб.);

- коэффициент загрузки электродвигателей по мощности (= 0,7);

- коэффициент с учетом потери электроэнергии в сети (1,05-1,1) (= 1,0);

- КПД электродвигателя оборудования (= 0,9);

- суммарная мощность электродвигателей оборудования, кВт. (= 48 кВт.);

- коэффициент с учетом дополнительных затрат электроэнергии во время холостого хода () ( = 1,05).

Расходы на техническое обслуживание и ремонт рассчитываем по формуле (1.30):

(1.30)

где и - нормативы затрат на ремонт единиц на обслуживание и эксплуатационные ремонты по электрической и механической части оборудования (оснастки) в течение года на i-й операции соответственно, руб./год. ( =480, =510);

и - категория сложности ремонта электрической и механической части оборудования (оснастки) i-й операции соответственно(= 4,= 5).

Расчет расходов на инструмент напрямую зависит от типа инструмента (мерительный, режущий, вспомогательный и т.п.). Расчет для режущего инструмента (формула 1.31):



(1.31)

где - цена j-го вида на i-ой операции руб./шт. ( = 4000 руб.);

- основное время работы j-го инструмента на i-ой операции, мин. ( = 0,8);

- коэффициент машинного времени, определяется как отношение / ( = 0,1);

- время стойкости j-го инструмента на i-ой операции, мин. (= 4800 мин.);

- количество переточек инструмента до полного износа (= 110 шт.);

- номенклатура инструментов ( = 5).

руб.

Расходы на воду (СОЖ) рассчитаем по формуле (1.32):

, (1.32)

где - расход воды (СОЖ) на единицу оборудования ( = 25);

- количество оборудования ( = 5);

- число смен (1;2;3) ( = 1);

- цена 1 м³ воды (СОЖ), руб. ( = 22,8).

Расходы на вспомогательные материалы рассчитаем по формуле (1.33):

, (1.33)

Расходы на сжатый воздух рассчитаем по формуле (1.34):

, (1.34)

где q- расход сжатого воздуха на единицу (q = 0,1);

- цена 1м³ сжатого воздуха, руб. (= 3,5).

Сумму расходов на содержание и эксплуатацию оборудования за год рассчитаем по формуле (1.35):

, (1.35)

Норма расходов на содержание и эксплуатацию оборудования рассчитаем по формуле (1.36):

, (1.36)



Расчет цеховых расходов рассчитаем по формулам 1.37 - 1.43, для этого рассмотрим цеховые расходы по статьям в соответствии с таблицей 1.13:

Таблица 1.13 - Смета цеховых расходов

№ п/п	Наименование статьи	Сумма, руб.
1	Фонд заработной платы вспомогательных рабочих, контролёров, МОП, ИТР	277200
2	Отчисления на социальные нужды	2426515
3	Прочие расходы	287102,67
4	Рационализация и изобретательство	83655,8
5	Охрана труда	167311,67
	Итого по смете	3241785,14

Фонд заработной платы вспомогательных рабочих, контролеров, МОП, ИТР (формула 1.37):

, (1.37)

где О - оклад, руб. (О = 5775 руб.);

R - численность данной категории работников (R = 4).

Отчисления на социальные нужды (формула 1.38):

, (1.38)

где - норма отчислений на социальные нужды ( = 30).

Расходы на охрану труда (формула 1.39):

, (1.39)

Расходы на рационализацию и изобретательство (формула 1.40):

, (1.40)

Прочие расходы (формула 1.41):

, (1.41)

Сумма цеховых расходов за год (формула 1.42):

, (1.42)

Норма цеховых расходов (формула 1.43):

, % , (1.43)



Необходимость основных материалов на выпуск продукции проектируемого цеха (участка) определяется исходя из плановых норм расхода на единицу этой продукции и запланированного выпуска по объему изделий.

Расчет необходимости по основным материалам производится по каждому виду, размеру и марке для всей номенклатуры изделий, выпускаемых в данном цехе (участке) (формула 1.44):

Зм = _, (1.44)

где n - количество изделий;

- масса заготовки или норма расхода материала на изделие (кг.) ( = 0,328 кг.);

- масса отходов материала на изделие (кг.) ( = 0,061кг.);

- цена единицы веса данного материала (руб.) ( = 43 руб.);

- цена единицы веса отходов по данным предприятия (руб.)( =3 руб.);

- годовой выпуск определенного вида изделий (шт.) (= 1300 шт.).

Зм =

Для планирования потребностей в основных материалах также необходимо определить коэффициент использования материала в основных изделиях (формула 1.45):

Ки = (1.45)

где - чистовая масса детали (кг.) ( = 0,267 кг.);

- черновая масса заготовки (кг.) ( = 0,328 кг.).

Нам необходимо рассмотреть потребность основных материалов используемых в данном технологическом процессе в соответствии с таблицей 1.14:

Таблица 1.14 - Потребность в материалах, согласно технологическому процессу

Наименование детали	Род или марка материала	Норма расхода на 1 деталь, кг	Объем выпуска деталей, шт.	Общая потребность в материалах на программу, кг.	Цена материала за 1 кг, руб.	Стоимость материала на программу, руб.	Стоимость отходов, руб.	Стоимость материалов за вычетом отходов, руб.
Опора сферическая	Сталь 38ХГСА	0,328	1300	426	43	18335	238	18097
Итого:		0,328	1300	426	43	18335	238	18097

Далее проведем расчет себестоимости обработки детали, для этого, чтобы запланировать себестоимость, необходимо определить издержки производства на предстоящий период и на единицу продукции. Этот метод определения себестоимости одного изделия называется калькуляцией. Полная (плановая) себестоимость изделия определяется по формулам (1.46 - 1.47):

З_о = _, (1.46)З_о = руб.

С₁ = [М + З_о + З_о + (З_о + З_д) ] · (1+) , (1.47)

С₁ = [1080,72 +59 +59 + (59 +118) ] · (1+)=801руб.



2. Перспективная планировка цеха

2.1 Территориальная замкнутость, новая производственная мебель, трансформаторы

«Правила технической эксплуатации станков с устройством числового программного управления» разработанные ЭНИМСом в 1972 году, конечно же, морально устарели, но многие разделы данных правил актуальны и на сегодняшний день. Это, прежде всего, разделы: устройство помещений, устройство оснований и монтаж станков с ЧПУ, работа на станках с устройствами ЧПУ, уход за станками ЧПУ. надзор за соблюдением правил эксплуатации и состоянием станков с ЧПУ. Приведем некоторые положения из указанных правил эксплуатации с проецированием некоторых их требований на реальности сегодняшнего дня.

1. Сохранение на длительный период у металлорежущих станков с ЧПУ первоначальных технических характеристик и показателей возможно только при эксплуатации их в закрытых термоконстантных помещениях, соблюдая необходимые требования к микроклимату.

Требование актуально до сегодняшнего дня и рамки требований значительно ужесточились. Станки с ЧПУ нормальной точности (класса Н) и станки повышенной точности (класса П) устанавливают в закрытых термоконстантных помещениях механических цехов. Станки с обработкой деталей абразивным инструментом (шлифовальные) или станки с обработкой пылящих материалов типа чугун или древесина, устанавливают в отдельном изолированном помещении, в котором выдержаны условия очистки воздуха и удаления из него абразивной и металлической пыли с помощью вытяжки.

2. Станки с ЧПУ должны использоваться только для того круга работ который ограничивается технологическим назначением не зависимо от класса точности станка. Обеспечивать точность и шероховатость обрабатываемых поверхностей.

На металлорежущих станках с ЧПУ классов А и В производят те виды работ, которые описаны в заводских руководствах по эксплуатации этих станков. Металлорежущие станки с ЧПУ наиболее высокого класса точности не желательно использовать для обработки, точность которой в заданном чертеже можно обеспечить и на станках низшего класса. Это аксиома «Бережливого производства» - нельзя из пушки стрелять по воробьям».

3. На металлорежущих станках с ЧПУ нельзя работать затупившимся инструментом. Требование мене актуально в определенных границах, так как современные постпроцессоры способны производить автоматическую корректировку износа инструмента до определенных пределов.

4. К наладке устройств ЧПУ и самих станков допускаются только квалифицированные наладчики. К работе и обслуживанию станков с ЧПУ допускаются только лица, изучившие технологические и конструктивные особенности станков и их устройств ЧПУ, так же правила технической эксплуатации, после прохождения специального инструктажа и сдавшие заводской экзамен квалификационной комиссии, после получения удостоверения дающее право работы на станках с ЧПУ или их ремонта и обслуживания.

Требования актуальные сегодня и будут основными практике использования станочного оборудования с ЧПУ.

5. Высокая точность и надежность работы станков с ЧПУ во время их эксплуатации обеспечивается своевременной системой технического обслуживания и качественного выполнения ремонта и профилактических работ.

Сегодняшняя планировка участка № 4 в соответствии с рисунком 2.1 соответствует выше указанным параметрам, но при замене оборудования необходимо будет сделать косметический ремонт помещения и модернизировать вентиляцию.



Рисунок 2.1 - Планировка участка № 4 в 2018 году

К 2019 году планируется заменить первую часть оборудования в соответствии с рисунком 2.2 и за счет высвобождения производственных площадей организовать участок централизованного сбора стружки 1.

Рисунок 2.2 - Планировка участка № 4 в 2019 году

В дальнейшей перспективе модернизации участка в соответствии с рисунком 2.3 за счет оптимизации рабочих зон и приобретения новой более компактной и эргономичной производственной мебели, передвижных наладочных столов установить еще 2 станка.



Рисунок 2.3 - Планировка участка №4 в 2023 году

Все новые и старые станки обеспечить фильтрами тока и трансформаторами нового поколения с устройствами бесперебойного питания в соответствии с рисунком 2.4. Это позволит исключить сбои в управляющих программах, поломки инструмента и как итог на выходе - производственного брака, изготовленных деталей из-за скачков напряжения и частоты в подающих электросетях.

Рисунок 2.4 - Новые трансформаторы и передвижные наладочные стеллажи

Также это положительно скажется на техническом состоянии станочного парка и его безотказности в работе.

Надежность и точность собранного станка с ЧПУ во многом зависит от монтажа. Монтаж обязательно следует выполнить в соответствии с требованиями чертежа и руководства на устройство ЧПУ и станок.

Например, в технических требованиях на установку выбранного нами токарно-револьверный станка с ЧПУ LTC-25 говорится, что если окружающая температура изменяется слишком быстро, точностные параметры станка могут значительно снизиться. Поэтому следует исключить возможность попадания на конструктивные элементы станка прямых солнечных лучей, расположения в непосредственной близости от станка мощных источников тепла и пр. Помещение, где установлен станок, должно быть оборудовано системой вентиляции. Если в помещении, где установлен станок, воздух имеет повышенный уровень влажности или уровень содержания пыли, то необходимо регулярно производить проверку состояния направляющих и электрооборудования на предмет наличия признаков интенсивного износа или коррозии. Данные узлы, а также СЧПУ, при эксплуатации в неблагоприятной среде, могут быть достаточно быстро выведены из строя.

2.2 Микроклимат, термоконстантные помещения

Во время работы на производственном участке оператор (наладчик) находится в определенных метеорологических условиях, в микроклимате. Под микроклиматом производственных помещений понимают внутренний климат среды помещений, определяемый сочетанием температур, скорости движения воздуха и влажности, действующие на организм человека, а также температурой окружающих поверхностей. К основным нормируемым показателям микроклимата воздуха рабочей зоны относятся: температура окружающей среды; скорость движения воздуха; относительная влажность воздуха; интенсивность тепловых излучений различных нагретых поверхностей.

Создание оптимального микроклимата на рабочем месте обуславливает производительность и качество выполняемой работы.

Нормы производственного микроклимата едины для всех производств и всех климатических зон и устанавливаются системой стандартов безопасности труда ГОСТ 12.1.005-88 и САНПиН 2.2.4.548-96. В нормативных документах присутствуют понятия допустимых и оптимальных параметров микроклимата.

Основные требования к термоконстантным помещениям:

Требования к условиям работы основного оборудования:

1. Станки повышенных классов точности: А - особо высокой точности, В - высокой и С - особо точные используют для прецизионной механической обработки деталей. Во время этой обработки получают высокоточные детали машин и станков, а юстировку узлов и сборку производят в термоконстантных помещениях, которых имеют малые допуски по параметрам климата.

2. Детали, узлы, заготовки, инструмент, а так же другие изделия, поступающие в помещения с термоконстантным климатом, выдерживаются на соответствующем складе или площадке хранения, пока не достигнут температуры самого помещения. Разница температур менее ±0,1°С обеспечиваются в специальной оболочке (камере) с дистанционным управлением и автономным режимом.

2.3 Возможность внедрения «Бережливого производства», его основные принципы

Принято выделять пять (шесть) основных принципов бережливого производства в соответствии с рисунком 2.5:



Рисунок 2.5 - Схема этапов бережливого производства

Естественно, указанные принципы (этапы) не являются жестко определенными. Скорее это руководство к действию. Большинство экспертов начинают деятельность по внедрению бережливого производства с того, что наблюдают за деятельностью работников в цехах, пытаясь понять, насколько эта деятельность эффективна. Подобные наблюдения могут стать ключом к успешной реализации любого из пяти указанных этапов.

В соответствии с темой данной работы и целей модернизации участка № 4 актуальными будут являться 3-й, 4-й и 6-й. А 1-й, 2-ой и 5-ый принципы должны решаться менеджерами и менеджментом предприятия на внешнем уровне. Цех, участок работают согласно плановому заданию, составленного производственными и экономическими службами и утвержденного руководством предприятия.

Таким образом, можно сделать вывод, что помимо приобретения новых станков и рационального размещения всего оборудования, ключевыми условиями успешного внедрения принципов бережливого производства на модернизированном участке № 4 будут:

1. Разработка плана обучения и подготовки сотрудников, отвечающий специфике участка и предприятия в целом. Все организации имеют различные потребности, бюджеты и ресурсы. Различные группы людей имеют неодинаковые наборы навыков и знаний. При планировании обучения требуется учитывать эти различия, а так же уровень потребности этих людей в конкретных знаниях.

2. Использование всех средств и всего диапазона ресурсов во время обучения. Некоторые люди предпочитают курсы по обучению, другим нравится наблюдать за работой коллег. При планировании обучения требуется предусмотреть использование средств и методов, пригодных большинству работников цеха (участка).

3. Получить информацию и новые идеи посредством проведения ротации технологов-программистов ЧПУ, операторов и наладчиков станков ЧПУ в масштабе цеха, для того чтобы увидеть, как вести дела эффективнее и найти способы реализации новых идей в условиях своего участка, цеха, предприятия.



3. Ознакомление с ЧПУ станками, сравнение

3.1 Общая структура и классификация систем оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ)

Устройство числового программного управления станками - это основная часть системы ЧПУ, сделанная как единое целое с этой системой и которая осуществляет передачу управляющих действий по данной программе.

Структурная схема системы ЧПУ в соответствии с рисунком 3.1, а). Чертеж детали (ЧД), необходимый для обработки на станке с ЧПУ, поступает в систему технологической подготовки (далее СТП) и в систему подготовки программы (далее СПП). Первая обеспечивает систему подготовки необходимой информацией о данных разрабатываемого технологического процесса, о режимах резания. На основании этой информации о данных происходит разработка управляющей программы (УП). Наладчики подготавливают и устанавливают приспособления на станок, а так же режущий инструмент согласно документации, которая разработана в СТП. Установка заготовки и снятие изготовленной детали осуществляется оператором или автоматическим загрузчик, роботом, барфидером. Считывающее устройство (СУ) считывает информацию с программного носителя. В устройство ЧПУ поступает информация, далее устройство выдает соответствующие команды на целевые механизмы (ЦМ), которые осуществляют вспомогательные и основные движения цикла обработки. Операционная система основываясь на поступающую информацию о фактическом положении, скорости перемещения исполнительных узлов, фактических размерах обрабатываемой поверхности, тепловых и силовых параметрах технологической системы контролирует величину перемещений целевых механизмов. В станке содержится несколько целевых механизмов, каждый в отдельности из которых состоит в соответствии с рисунком 3.1, б): двигатель (ДВ), он же источник энергии; передача (П), которая служит для преобразования энергии и передачи ее от двигателя к исполнительному органу (ИО); сам исполнительный орган ( салазки, суппорт, шпиндель, стол и т.д.), которые выполняют перемещения цикла в соответствующие координаты.

Рисунок 3.1 - Структурная схема целевого механизма и системы ЧПУ

Механическая обработка. Механической обработкой называется процесс удаления поверхностного слоя заготовки в виде стружки режущим инструментом, до получения необходимой формы, с соблюдением точных размеров, взаимного расположения поверхностей детали и их шероховатости. Механическую обработку резанием можно классифицировать по способу формообразования поверхности и по видам механической обработки.

Точение - главный способ обработки поверхностей тел вращения. Вращательное движение заготовки является основным движением резания, а поступательное движение инструмента называется движением подачи. Токарное оборудование используется для чистовой, получистовой и черновой обработки заготовок и деталей, а так же нарезки резьбы разных видов (внутренней и наружной).

Сверление - способ механической обработки резанием, при котором в обрабатываемой детали с помощью специального режущего инструмента (сверла) методом вращения получают отверстия разного диаметра и глубины, а так же многогранные отверстия разных сечений и глубин. Главным (рабочим) движением сверла называют вращательное движение, так же его называют движением резания. Движением подачи называют поступательное движение по оси сверла.

Растачивание - это механическая обработка поверхностей внутри отверстия специальными расточными резцами до заданного размера. Почти всегда этот вид обработки производят на токарных или расточных станках. Операция расточки также применяется, когда необходима обработка отверстия с непрямолинейными образующими. Главное движение - это вращение инструмента. Движение подачи совершает либо заготовка, либо инструмент.

Фрезерование - это процесс резания фрезой металлов и других твёрдых материалов. Главным движением для фрезерования является непрерывное движение инструмента, а поступательное движение заготовки является движением подачи. В некоторых случаях заготовка может совершать винтовое или круговое движение подачи.

Шлифование - это способ обработки резанием с помощью абразивных кругов. Обрабатывать можно заготовки из различных материалов, для получения чистовых поверхностей при обработке закаленных сталей шлифование - это самый распространенный способ.

Давайте рассмотрим более подробно фрезерную обработку деталей, поскольку этот вид обработки имеет большой объем на рассматриваемом производстве.

Фрезерная обработка. Фрезерная обработка является одним из основных способов механической обработки различных материалов. Этот способ обработки осуществляет обработку детали фрезой, совершающей вращательное движение. Во время фрезерной обработки сама деталь совершает движения поступательного характера относительно фрезы, в требуемом направлении из трёх осей: вертикальном, продольном или поперечном.

Режущий инструмент - фреза осуществляет операцию фрезерования. Существуют различные варианты расположения режущих зубьев фрезы. Они могут быть расположены как на цилиндрической поверхности, так и на торцевой. Каждый зуб фрезы представляет собой простейший инструмент - резец. В большинстве случаев фреза является многозубым инструментом, а в редких случаях используют однозубые фрезы.

На современных производствах используется большое разнообразие данного инструмента.

Цилиндрические фрезы. Этот вид фрез применяют на горизонтально-фрезерных станках для обработки разных плоскостей. Эти фрезы бывают с прямым или винтовым профилем зуба как на рисунке 3.2. Данные фрезы используют в обработке деталей, которые имеют ступенчатую поверхность и для обработки различных видов пластмасс. Цилиндрические фрезы изготовляют из быстрорежущей стали и оснащают твердосплавными пластинками.

Рисунок 3.2 - Цилиндрическая фреза

Торцевые фрезы в соответствии с рисунком 3.3 предназначены для фрезерования наружной поверхности заготовки. К плоскости обрабатываемой детали по нормали устанавливается ось вращения. В сравнении с цилиндрическими фрезами, где все точки режущих кромок профилирующие, у торцовых фрез образуют профиль только вершины режущих кромок, а кромки расположенные с торца являются вспомогательными. Данные фрезы отличаются плавной работой даже при малой величине припуска, что является их преимуществом, обеспечивает большую производительность по отношению к цилиндрическим фрезам.

Рисунок 3.3 - Торцевая фреза

Концевая фреза в соответствии с рисунком 3.4. Концевая фреза получила огромное техническое применение. Она применяется для обработки глубоких уступов, пазов взаимно перпендикулярных плоскостей и осуществляет обработку контура внутренних и наружных поверхностей детали сложного профиля. Является самым распространенным инструментом для фрезерной обработки.

Рисунок 3.4 - Концевая фреза

Дисковые фрезы в соответствии с рисунком 3.5 применяются для обработки канавок, пазов и раскроя материала. По конструктивным особенностям, их можно разделить на три вида: двух- и трехсторонние, для обработки пазов.

Рисунок 3.5 - Дисковая фреза

Применение систем с числовым программным управлением (ЧПУ) на механообрабатывающих производствах:

На современном промышленном производстве при изготовлении сложной продукции с точки зрения технологии и конструкции, большинство сборочных единиц и деталей проходят обработку на механообрабатывающем высокопроизводительном оборудовании, обладающем повышенной точностью. На современном промышленном предприятии машиностроения создаются целые линейки из механообрабатывающих комплексов, станков и обрабатывающих центров с ЧПУ. На сегодняшний день разработан комплекс систем автоматизации проектирования (САПР).

Технологи-программисты пишут управляющие программы для работы на станках с ЧПУ, от этих программ зависит надежность и качество, не только сборок и деталей, но и в целом изделий выпускаемых на машиностроительном предприятии.

На заводах каждый год растет номенклатура и объемы деталей изготовленных с помощью оборудовании с ЧПУ, на данный момент эти значения достигают 70-75% от всего количества деталей в соответствии с рисунком 3.6.



Рисунок 3.6 - Соотношение деталей полученных механической обработкой

Это доказывает высокую эффективность станков с ЧПУ для применения их на механообрабатывающих производствах. Но, непосредственно использование станков с ЧПУ предполагает некоторые условия на стадии подготовки и организации производства:

- разработка качественной управляющей программы

- подбор металлорежущего инструмента для конкретного вида оборудования.

3.2 Обзор разработки управляющих программ

Для правильного использования станков с ЧПУ и реализации всех заложенных в нем функциональных возможностей, необходимо написание индивидуальных управляющих программ. Для их создании используют язык программирования ISO 7 бит известный среди программистов, как язык G и М кодов.

Структура управляющей программы:

В управляющей программе можно выделить определенную последовательность кадров и в подавляющем большинстве в самом начале программы ставиться символ «%» который означает начало программы, а заканчивается программа командами М30 или М02.

Все кадры управляющей программы представляют собой один шаг в обработке (в зависимости от системы ЧПУ), могут начинаться с номера (N001, N002 и т.д.) и заканчиваться определенным символом «;», который означает конец кадра. Общий вид формата кадра представлен на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 - Формат кадра в общем виде

Все кадры УП состоят из специальных команд в виде слов (Z8., М03, A90.). Кадр состоит из символа и цифры, что представлены в виде числовых значений.

Наибольшее применение для создания УП для обработки на станках ЧПУ получили три способа: метод программирования на стойке ЧПУ, метод ручного программирования и метод программирования используя САМ-систему в соответствии с рисунком 3.8.

Рисунок 3.8 - Способы программирования оборудования с ЧПУ

Ручное программирование. Во время ручного написания УП на станке с ЧПУ обычно используют персональный компьютер с любым текстовым редактором. При использовании метода ручного программирования для создания управляющей программы в текстовом редакторе создают координат перемещения обрабатывающих инструментов в виде M и G кодов. Сами числовые значения координат обрабатывающей траектории определяют с эскиза или чертежа.

Написание УП вручную - это очень трудоёмкий и сложный процесс, однако, все разработчики управляющих программ должны понимать принципы и обладать техникой ручного написания УП независимо от того какой метод он предпочитает [1-5].

Ручной метод программирования можно применить для обработки несложной детали или при отсутствии необходимых средств для разработки УП другим способом.

Способ программирования с применением САМ-системы. САМ-Система - это система, обеспечивающая интегрированное формирование УП для обработки на станках с ЧПУ деталей, входящих в изделие и решение задач по разработке конструкторского проекта изделия [7]. Система способов решения различных типов одной системы обуславливается тем, что решение основывается на использовании одной параметрической 3D модели изделия. Единство 3D модели представляет возможность избежать почти все возникающие проблемы при трансляции данных между в разных системах, обеспечивает общее решение поставленных задач [7].

3.3 Сравнение программирования старых и новых станков с числовым программным управлением (ЧПУ) на примере DST CNC431 и Biglia B658Y

Станок Biglia B658Y оснащен новыми модулями программирования ЧПУ FANUC серии 30i/31i/32i .

Контроллеры FANUC серии 30i/31i/32i-model B идеально подходят для сложных высокоскоростных точных станков, для которых требуются функции поддержки нескольких осей и траекторий перемещения. Для того чтобы удовлетворить потребности различных пользователей, контроллеры 30i/31i/32i-model B сочетают интуитивно понятное управление с исключительным уровнем точности, надежности и эффективности для широкого ряда станков, включая многоосевые токарные станки, пятиосевые обрабатывающие центры, зубонарезные станки и многопозиционные станки.

Основные характеристики:

- до 40 осей, 8 осей шпинделя, 10 траекторий перемещения;

- комбинированная фрезерная/токарная или токарная/фрезерная обработка;

- расширенные встроенные функции планово-предупредительного технического обслуживания;

- встроенная функция FANUC Dual Check Safety;

- возможности программирования на производстве с помощью MANUAL GUIDE i;

- функция трехмерного контроля на отсутствие столкновений;

- функции динамической компенсации для повышения точности;

- компенсация для высокоскоростного плавного перемещения центральной точки инструмента по пяти осям;

- обучающаяся система управления/высокоскоростная циклическая обработка;

- встроенный высокоскоростной ПКС.

Анализ особенностей обработки на токарных центрах 3,5 координаты в сравнении со старыми токарными с числовым программным управлением (ЧПУ) в 2 координаты:

Учитывая весь опыт изготовления и обработки деталей по предыдущим технологиям, используя старые токарные станки с ЧПУ в 2 координаты, учитывая сложность деталей и наличие новых возможностей токарных обрабатывающих центров в 3,5 координаты, можно найти отличительные положительные особенности нового технологического процесса изготовления тех же деталей:

1. Все предыдущие операции объединяются в одну операцию на станке с ЧПУ, за счет возможностей станка и обработки в один установ;

2. Сокращено количество слесарных операций и термических обработок до одной;

3. Значительно сокращается время обработки детали;

4. Сокращены затраты на изготовление технологической оснастки и на инструмент;

5. Исключение бракованных деталей из-за не стыковки промежуточных операций.

3.4 Автоматизация механического производства, гибкая производственная система

Реальное внедрение Гибкой Производственной Системы (далее ГПС) на производстве. На данном этапе в модернизированном механическом цехе для реального внедрения гибкой производственной системы требуется переходить к комплексной системе автоматизации проектирования технологической производственной подготовки. Ее основой служит существующая на предприятии система «Компас», позволяющая проектировать в двухмерном пространстве чертежи обрабатываемых деталей. Но для автоматизированной подготовки программ для станков с ЧПУ требуются чертежи деталей в трехмерном виде. Необходимо для предприятия приобрести лицензированный блок программ технологической подготовки производства, который включает в себя комплекс проектирования технологических процессов, нормирования операций технологического процесса, подготовки программ на станки с ЧПУ, а так же систему моделирования самого процесса обработки детали для проверки составленных программ на их соответствие и правильность написания на конкретные станки с ЧПУ. Все эти блоки связаны между собой в программе, которая управляет документооборотом по заводу и в цехе.

Для определения целесообразности и рентабельности закупки и использования станков с ЧПУ необходимо для начала произвести оценку трудоемкости деталей по типам и группам.

Отличительной особенностью современного производства в сравнении с прежними видами является способность произвести целую группу изделий в произвольном порядке и небольшой партией, что способствует переходить от массового производства к мелкой серии и единичному производству. При этом такая технология производства не уменьшает в значительных размерах экономические показатели предприятия [1].

Технология ГПС предусматривает комплексную автоматизацию технологических процессов на базе вычислительной техники. Станки и комплексы в таком случае управляются системами ЧПУ, комплектуются оснасткой для смены деталей и заготовок, а так же инструментальными магазинами [2; 3].

Возможности технологической ГПС, сделанной на базе выбранных станков с ЧПУ на данном этапе модернизации в соответствии с разделом 1.3, позволят решить основное противоречие мелкосерийного производства. Эти станки с одной стороны позволят объединить огромную производительность с малой по объемам партией изделий или деталей, а с другой стороны позволят внедрить безлюдные и малолюдные технологии, тем самым значительно снизив расходы производства на заработную плату.



4. Разработка нового технологического процесса изготовления серийной детали для токарного обрабатывающего центра Biglia B658Y

Новый технологический процесс предусматриваем исключение 4-х наиболее трудоемких ручных операций 045-060. Это ручная разметка и кернение отверстий, сверловка и зенковка 4 отверстий Ш5мм, сверловка, зенковка и нарезание резьбы М3 в 2-х отверстиях. Все эти операции теперь будут выполняться на более прогрессивном оборудовании с большей точностью и качеством. Сравнение со старой технологией нами представлено в таблице 4.1.

Данные изменения в технологическом процессе позволят:

- сократить численность работающих на участке;

- освободить производственные площади;

- уменьшит количество такелажных операций;

- сократит материальные затраты;

- уменьшит фонд заработной платы;

- в конечном итоге повысит качество выпускаемых изделий.

Все вышеперечисленные преимущества характерны для системы «бережливого производства» и отвечает целям, поставленным в начале данной работы.

Таблица 4.1- Перечень операций, выполняемых при старом варианте технологического процесса и проектируемого

№ опер.	Старый ТП	Новый ТП
005	428000 Отрезная Ст. абразивно-отрезной 8242	428000 Отрезная Ст. абразивно-отрезной 8242
010	411000 Токарная Ст. токарно-винторезный 1А616	411000 Токарная Ст. токарно-винторезный 1А616
015	018000 Маркирование	018000 Маркирование
020	011110 Правка Станок для рихтовки прутков А-338	011110 Правка Станок для рихтовки прутков А-338
025	040120 Транспортирование внутризав. в цех 103	040120 Транспортирование внутризав. в цех 103
030	411090 Токарная с ЧПУ Токарный DST2/NC	411090 Токарная с ЧПУ Токарный обрабатывающий центр BIGLIA B658Y
035	411090 Токарная с ЧПУ Токарный ТПК125ВН	411090 Токарная с ЧПУ Токарный обрабатывающий центр BIGLIA B658Y
040	426090 Фрезерная с ЧПУ Фрезерный станок с ЧПУ ЛФ-260МФ3	010800 Слесарная Верстак слесарный
045	010800 Слесарная Верстак слесарный	отсутсвует
050	412000 Сверлильная Настольно-сверлильный станок 2Н106П-3	отсутсвует
055	412000 Сверлильная Настольно-сверлильный станок 2Н106П-3	отсутсвует
060	410710 Резьбонарезная Станок резьбонарезной 2053	отсутсвует
065	010080 Слесарная Верстак слесарный АО-052	010080 Слесарная Верстак слесарный АО-052
070	013000 Промывка Ванна УЗВ-13М	013000 Промывка Ванна УЗВ-13М
075	020000 Контрольная Стол контролера	020000 Контрольная Стол контролера
080	040110 Транспортировка на склад Тележка АШВ-062	040110 Транспортировка на склад Тележка АШВ-062



5. Разработка технологической оснастки для изготовления данной детали

5.1 Разработка, описание, назначение приспособления

В соответствии с заданием, выбрана конструкция приспособления для установки и закрепления детали ИОМК 711354.012 - Фланец для обработки наружных поверхностей Ш58(_-0,3), внутренних Ш31Н8(^+0,039), Ш11(^+0,18), торца Ш31Н8(^+0,039) в размер 2,5(^+0,1) мм и фрезеровке 2-х проушин. Обработка производится на токарном обрабатывающем центре BIGLIA B658Y, обработка ведется резцом с твердосплавной пластиной из Т5К10.

Базирование детали производится по поверхности Ш37_-0,25 мм с упором в левый торец.

Привод приспособления - пневматический в соответствии с рисунком 5.1. При подаче сжатого воздуха через патрубок 22 в муфту 21, поршень пневмоцилиндра 19 перемещается внутри корпуса 18 и толкает шток 15. Корпус пневмоцилиндра оснащен двумя поршнями 19, на поршнях устанавливаются манжеты 20 для устранения утечек воздуха. Корпус пневмоцилиндра закрывается крышкой 16, которая зафиксирована винтами 17.

Рисунок 5.1 - Станочное приспособление

Для закрепления детали заготовка устанавливается в кулачки 5, расположенные в Т-образных пазах корпуса 1. При подаче сжатого воздуха из пневмосистемы шток 15 соединенный с тягой 12 приводит в действие рычажно-клиновой механизм. На тяге 12 расположен фиксатор 11, который регулирует ход кулачков 5. Положение фиксатора 11 на тяге 12 можно регулировать стопорным винтом 13.

Рычажно-клиновой механизм располагается в корпусе патрона 1, и закрыт крышкой 8, которая фиксируется с помощью 12 винтов 14. Технологическое отверстие в крышке 8, используемое при сборке патрона и контроле положения тяги 12 закрывается пробкой 9. Рычажно-клиновой механизм состоит из втулки 10, которая приводится в действие от тяги 12. Втулка 10 имеет паз, в который входит рычаг 3, закрепленный на оси 2. При перемещении рычаг 3 толкает клин 4, на котором закреплена опора 4, на которую с помощью винтов 6 устанавливаются кулачки 5.

Втулка 9, установленная в корпус 11 и прижатая винтами 7, обеспечивает упор для установки деталей. С помощью винтов 21 патрон крепится к шпинделю станка.

После обработки детали сжатый воздух через муфту 21 подается в рабочую камеру пневмоцилиндра, шток 15 соединенный с тягой 12 толкает втулку 10 рычажно-клинового механизма и тем самым раскрепляет кулачки 5.

Конструкция приспособления допускает переналадку на обработку аналогичных деталей. Для обработки фасонных или сложных поверхностей могут использоваться сменные кулачки 5.

5.2 Расчет приспособления на точность

Разработка схемы базирования заготовки в приспособлении. В проектируемом приспособлении для установки детали используем самоцентрирующий трехкулачковый рычажно-клиновой патрон. Базирование детали осуществляется в кулачках по диаметру Ш37_-0,25 мм.

В качестве фиксатора предотвращающего деталь от перемещения вдоль оси детали используем торец кулачков 5.

Базирование в самоцентрирующем патроне лишает пяти степеней свободы в соответствии с рисунком 5.2. У детали остаются одна свободы: возможность вращения относительно оси базы.

Рисунок 5.2 - Схема установки

Установочная база лишает трех степеней свободы данную заготовку, а направляющая база лишает заготовку двух степеней свободы.

Согласно ГОСТ 21.495-76 для базирования деталей соответствующего типа суммарное количество лишаемых степеней свободы должно быть равно шести.

Расчет погрешности базирования. При установке заготовки в самоцентрирующий рычажно-клиновой патрон погрешность базирования оси заготовки относительно базы - равна нулю. Это преимущество обеспечивается тем, что опорные поверхности приспособления связаны с механизированным приводом таким образом, что когда включается привод вместе с ним равным перемещением сближаются устройства к оси или удаляются от нее, при этом центрируя устанавливаемую деталь строго по оси.

Главным преимуществом самоцентрирующего устройства является то, что при установке заготовки в нем погрешность базирования оси базы равна нулю

().

Из этого следует, что выбранная схема установки в соответствии с рисунком 5.3 и базирования в соответствии с рисунком 5.2 обрабатываемой детали в приспособлении способна обеспечить требуемую точность размеров согласно чертежу.

Рисунок 5.3 - Принципиальная схема зажимного устройства

5.3 Расчет основных параметров приспособления

Определение сил и моментов резания. Определяем силы, действующие на заготовку в процессе резания, для последующего определения усилия зажима заготовки. Силу резания определяем по формуле (5.1 - 5.2):

, (5.1)

, (5.2)

где ;;;;;

Ср - 300; x - 1,0; y - 0,75; n - -0,15;

- поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания.

Определяем

Определяем силу резания

Расчет усилия зажима заготовки (формула 5.3):

Сила зажима на каждом кулачке

, (5.3)

где - диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм;

- коэффициент трения на рабочих поверхностях кулачков ( = 0,8);

- диаметр поверхности зажимаемой детали, мм;

К - коэффициент запаса, определяем по формуле (5.4):

, (5.4)

где К₀ - гарантированный коэффициент запаса надежности закрепления (К₀ = 1,5);

К₁ - коэффициент, учитывающий рост силы резания из-за неровностей на заготовках (К₁=1,2);

К₂ - коэффициент, учитывающий рост силы резания из-за затупления инструмента (К₂=1,15);

К₃ - коэффициент, учитывающий рост силы резания при прерывистом резании, (К₃ = 1,2);

К₄ - учитывает непостоянство зажимного усилия (К₄=1);

К₆ - учитывает неопределенность из-за неровностей места контакта заготовки с опорными элементами, имеющими большую опорную поверхность (К₆=1).

Коэффициент К₅ учитывающий удобство расположения рукоятки не учитываем.

Принимаем равной К = 2,5 (согласно ГОСТ 12.2.029-77)

Определяем силу, передаваемую штоком пневмоцилиндра (формула 5.5) [6, с. 236]:

, (5.5)

где W_K сила зажима на одном кулачке (Н);

- количество кулачков;

- коэффициент учитывающий дополнительные силы трения в патроне ( = 1,05);

- вылет кулачка от опоры до центра приложения силы зажима (конструктивно = 65 мм);

- длина направляющей части кулачка (мм.);

- коэффициент трения в направляющих кулачков (= 0,1);

и - плечи рычага привода (мм.) (конструктивно = 48 мм і = 88 мм до оси штока).

Передаваемая штоком сила в пневмоцилиндрах двухстороннего действия рассчитвыается по формуле (5.6):

, (5.6)

где - диаметр поршня пневмоцилиндра (мм.);

- коэффициент полезного действия пневмопривода ( = 0,85);

Р - давление воздуха в пневмосистеме (0,4МПа).

Рассчитаем диаметр поршня пневмоцилиндра:

Из установленного ряда стандартизованных диаметров вращающихся пневмоцилиндров двухстороннего действия выбираем ближайший больший: 200, 250, 300, 350, 400 мм.

Время срабатывания пневмоцилиндра рассчитаем по формуле (5.7):



, (5.7)

где - величина хода поршня (мм.) (устанавливается конструктивно) (см);

- диаметр штока, (рекомендованные значения 8…25мм) (принимаем 25мм.);

- скорость перемещения сжатого воздуха ( = 1500 - 2500 см/с.) (принимаем = 2000 см/с.).



6. Разработка и проектирование режущего инструмента для изготовления детали фланец

6.1 Проектирование составного токарного проходного резца

Задание. Спроектировать токарный проходной резец.

Исходные данные:

1. Материал обрабатываемой заготовки - БРАЖ9-4.

2. Максимальная глубина резания - 8 мм.

3. Обработка - чистовая.

Расчет параметров резца:

1.Выбираем материал для державки резца. Принимаем сталь 50, у которой предел прочности равен:

у_в = 627 МПа (627 Н/мм²)

и допускаемое напряжение на изгиб

у_u = 200 МПа (200Н/мм²)

2.Исходя из условий обработки и заданного режима резания, определяется сила резания P_z (в Н) (формула 6.1):

P_z= 9,8C_Pz·t^xPz·S^yPzV^nPz·Kp_z , (6.1)

Показатели степеней берем из таблицы 1 приложения 3 [5]: Х_pz =1,0; Y_pz =0,75; n_pz = -0,15

Определяем расчетную скорость резания V_расч, м/мин, допускаемая режущими свойствами резца (формула 6.2):

(6.2)



где - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и условия его обработки (для черновой обработки С_v1 = 273; для чистовой - С_v2 = 227);

Т - стойкость режущего инструмента (мин.) (принимаем 60 мин.);

х; у; m - показатели степени (для черновой обработки - х₁ = 0,15, у₁ = 0,20, m ₁ = 0,20 (при S до 0,3 мм/об); для чистовой обработки - х₂ = 0,15, у₂ = 0,35, m₂ = 0,20 ( при S до 0,7 мм/об);

t = 2мм глубина резания (мм.);

S =0,15 подача (мм/об).

Коэффициент общий поправочный коэффициент, учитывающий конкретные условия обработки рассчитываем по формуле (6.3):

= , (6.3)

где - коэффициент, учитывающий обрабатываемый материал и его механические свойства, равен 1,66;

- коэффициент, учитывающий материал режущей части резца ( = 0,65; = 1,0);

- коэффициент, учитывающий наличие корки у заготовки (при черновой обработке = 0,8, при чистовой обработке - = 1,0);

- коэффициент, учитывающий величину главного угла в плане ц (для ц=45° = 1,0);

- коэффициент, учитывающий величину радиуса закругления при вершине резца r (для r=1,0 = 0,94; = 0,86);

- коэффициент, учитывающий эффективность смазочно-охлаждающей жидкости (поскольку по условию задачи обработка ведется без охлаждения, принимаем = 1);

- коэффициент, учитывающий величину допустимого износа резца по задней поверхности ?_з ( = 0,93).

= 1,66·0,65·0,8·1,0·0,94·1·0,93 = 0,75

= 1,66·1,0·1,0·1,0·0,86·1·0,93 = 1,33

(здесь учтены только основные факторы, влияющие на скорость резания)

Скорость резания, м/мин, равна:

Так как у нас в задании предел прочности стали отличен от у_в =750 МПа, пересчитываем значение по формуле (6.4):

(6.4)

Постоянный коэффициент = 300

Тогда сила резания (в Н) равна:

= 9,8·300·2^1,0·0,15^0,75·118,9^-0,15·0,6 = 380 (Н)

= 9,8·300·2^1,0·0,15^0,75·232,9^-0,15·0,6 = 374 (Н)

3.Далее определяются размеры сечения державки резца, способной выдержать данную нагрузку (при условии h = 1,6 b):



= 5,3

h = 5,3·1,6 = 8,5

Полученная ширина державки резца корректируем по ГОСТу 18877-73 и принимается ближайшее значение.

Руководствуясь соотношением h=1,6b определяется высота h. Этот размер также корректируем по ГОСТу 18877-73. Таким образом, получится сечение 16Ч10мм.