Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Автоматизация технологической и конструкторской подготовки процесса изготовления детали ВИНТ 1Н983.90.153Б
• 1.1 Краткая характеристика детали "Винт 1Н983.90.153Б"
• 1.2 Анализ технологичности конструкции детали "Винт 1Н983.90.153Б"
• 1.2.1 Качественная оценка
• 1.2.2 Количественная оценка
• 1.3 Определение типа производства
• 1.4 Выбор способа получения заготовки
• 1.5 Анализ технологического процесса механической обработки детали "Винт 1Н983.90.153Б"
• 1.6 Формирование и оптимизация обобщенного технологического маршрута обработки
• 1.7 Технических нормирование времени
• 1.8 Выбор оборудования и расчет его количества
• 1.9 Технико-экономическое обоснование разработанного техпроцесса
• 1.10 Проектирование станочного приспособления
• 1.10.1 Назначение и принцип работы трехкулачкового патрона
• 1.10.2 Расчёт патрона на точность
• 1.10.3 Расчёт патрона на усилие зажима
• 1.10.4 Расчёт элементов приспособления на прочность
• 1.11 Проектирование и расчет конструкции контрольно-измерительного приспособления
• 1.11.1 Назначение и принцип работы приспособления
• 1.11.2 Расчёт приспособления на точность.
• 1.12 Параметрическое моделирование и расчет напряженно-деформированного состояния конструкции
• 1.13 Разработка управляющей программы для станков с ЧПУ
• 1.14 Имитация процесса обработки детали-представителя при помощи модуля NC Tracer T-FLEX
• 1.15 Автоматизация технологических решений с использованием систем проектирования технологических процессов в Т-FLEX "Технология"
• 2. Экономический раздел
• 2.1 Определение типа производства
• 2.2 Расчет параметров технологического процесса
• 2.3 Расчет величины инвестиций
• 2.4 Расчёт элементов цеховой себестоимости продукции
• 2.5 Расчёт амортизационных отчислений
• 2.6 Расчёт стоимости электроэнергии на технологические цели
• 3. Охрана труда. энерго-ресурсосбережение
• 3.1 Необходимость охраны труда
• 3.2 Анализ состояния охраны труда
• 3.3 Мероприятия для улучшения условий труда
• 3.4 Расчеты экономии энергии и ресурсов
• Заключение
• Список использованных источников

Введение

В настоящее время важное значение приобретают такие качества производства, как его маневренность и мобильность, то есть способность в короткие сроки переключаться с выпуска одних видов продукции на другие и при необходимости резко наращивать объем производства определенных изделий. Эти качества проявляются в готовности производства к быстрой реорганизации и перестройке на освоение и выпуск требующейся рынку номенклатуры изделий.

Основные направления развития машиностроения предусматривают дальнейшее повышение его эффективности, уменьшение сроков создания, освоения и производства новой прогрессивной техники. Организационно-методической основой выполнения поставленной задачи является конструирование машиностроительных изделий с учетом требований технологичности конструкции.

Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от всемерного внедрения методов технико-экономического анализа, обеспечивающего решение технических вопросов и экономическую эффективность технологических и конструкторских разработок.

Значение постановки всех этих вопросов при подготовке квалифицированных кадров специалистов производства, полностью овладевших инженерными методами проектирования производственных процессов, очевидно. В связи с этим заключительной частью учебного процесса высших учебных заведений является дипломное проектирование.

Дипломное проектирование закрепляет, углубляет и обобщает знания, полученные студентами во время лекционных и практических занятии по практически всем дисциплинам, освоенным за время обучения. Дипломная работа является самостоятельной творческой работой студента и имеет цель научить его правильно применять теоретические знания, полученные им в процессе учебы, использовать свой практический опыт работы для решения профессиональных технологических и экономических задач.

В соответствии с этим в процессе выполнения дипломной работы решаются следующие задачи:

- доработка чертежа с точки зрения его технологичности;

- определение типа производства, такта выпуска деталей и величины партии одновременно запускаемых в обработку деталей в случае серийного производства;

- расчет и обоснование метода получения заготовки;

- технико-экономический расчет операции механической обработки поверхностей;

- расчет и проектирование станочного приспособления;

- организационно-экономические расчеты;

- развитие и закрепление навыков ведения самостоятельной творческой инженерной работы.

В дипломной работе должны быть отражены экономия затрат труда, материалов, энергии, улучшение условий труда, выполнение требований экологии. Решение этих сложных задач возможно лишь на основе наиболее полного использования возможностей прогрессивного технологического оборудования и оснастки, экономически оправданной степени автоматизации проектирования и производства, создания гибких технологий.

Основная задача при этом заключается в том, чтобы при работе над дипломным проектом были внесены предложения по усовершенствованию существующей технологии, оснастки, организации и экономики производства, значительно опережающие современный производственный процесс изготовления детали, на которую выдано задание. Поэтому для выполнения поставленной задачи необходимо изучить прогрессивные направления развития технологических методов и средств и на основании анализа и сопоставления качественных и количественных показателей дать свои предложения.

деталь винт маршрут обработка

1. Автоматизация технологической и конструкторской подготовки процесса изготовления детали ВИНТ 1Н983.90.153Б

1.1 Краткая характеристика детали "Винт 1Н983.90.153Б"

Рассматриваемая деталь "Винт 1Н983.90.153Б" применяется в самых различных машиностроительных конструкциях, таких, например, как подъемно-транспортные машины (домкраты, механизмы изменения вылета кранов, печные толкатели), станки (механизмы подачи рабочих инструментов и осуществления точных делительных перемещений), измерительные приборы (механизмы для точных перемещений, регулирования и настройки), прокатные станы (нажимные винты, регулировочно-установочные механизмы подшипников) винтовые прессы и др.

Общий вид детали показан на рисунке 1.1.1

Рисунок 1.1.1 - Конструкция детали "Винт 1Н983.90.153Б"

По конструкции винт представляет собой цилиндрический стержень с резьбой на значительной части длины. Длина винта составляет 155 мм. Максимальный диаметр детали составляет 50 мм.

В отдельных передачах применяют винты более сложных конструкций. Соответственно назначению передаточных винтов резьбы их должны обеспечивать наименьшее трение между винтом и гайкой. Этому условию отвечает прямоугольная резьба. Но из-за невозможности нарезания на резьбофрезерных станках и невысокой прочности прямоугольную резьбу применяют для передаточных винтов сравнительно редко и она не стандартизована. Для передаточных винтов применяют трапецеидальную резьбу, которую можно получать фрезерованием. Ее прочность выше прочности прямоугольной резьбы, а потери на трение лишь незначительно больше. Для винтов, находящихся под действием больших осевых односторонних нагрузок, например в прессах, нажимных устройствах прокатных станов, грузовых крюках и др. используют упорную стандартизованную резьбу.

Заготовка изготовлена из стали 40Х ГОСТ4543-71.

Таблица 1.1.1 - Химический состав стали 40Х ГОСТ4543-71, %

C	SI	Mn	S	P	Ni	Cr	Cu
0,40	0,17-0,37	0,5-0,8	0,035	0,035	0,30	0,8	0,30

Таблица 1.1.2 - Механические свойства стали 40Х ГОСТ4543-71

вр, МПа	б, %	, %	НВ (не более)
не менее
590	14	20	207

В процессе эксплуатации вал испытывает деформации от действия консольной нагрузки, собственной массы и массы деталей, насаженных на вал, и внешних сил возникающих в процессе работы.

Для условий работы данной детали - "Винт 1Н983.90.153Б" - материал выбран соответственно тем условиям, которые возникают в данном узле рабочей машины.

1.2 Анализ технологичности конструкции детали "Винт 1Н983.90.153Б"

Анализ конструкции детали на технологичность - это комплекс мероприятий по обеспечению необходимого уровня технологичности конструкции изделия по установленным показателям.

Она направлена на повышение производительности труда, снижения затрат и сокращения времени на изготовление детали при обеспечении необходимого его качества. Оценка технологичности конструкции может быть двух видов: качественной и количественной.

1.2.1 Качественная оценка

Данная деталь изготавливается путем отрезки из проката стали 40Х ГОСТ4543-71

Заготовка должна быть достаточно высокого качества.

Деталь не имеет обрабатываемых поверхностей, затрудненных для доступа инструмента. Достаточно удобная форма позволяет прочно и надежно закрепить деталь, не нарушая законов единства и совмещения баз.

Деталь допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, имеет хорошие базовые поверхности для первоначальных операций.

Непосредственное и удобное измерение детали с помощью стандартных и быстродействующих измерительных инструментов. В конструкции детали не наблюдается чрезмерных требований к точности размеров, шероховатости поверхности, что могло бы привести к увеличению трудоемкости и перерасходу средств.

1.2.2 Количественная оценка

В качестве количественных показателей технологичности могут рассматриваться: масса детали, коэффициент точности, коэффициент шероховатости, коэффициент использования материала, уровень технологичности конструкции по технологической себестоимости и т.д.

При оценке детали на технологичность обязательными являются следующие показатели:

1) Коэффициент точности:

К==,

Деталь технологична по точности обработки.

Таблица 1.2.1 - Квалитеты обрабатываемых поверхностей

Ti	ni	Tini
7 8 10 14	3 1 1 10	21 8 10 140
	?ni=15	?Tini=179

2) Коэффициент шероховатости:

=

Деталь технологична по шероховатости обработанных поверхностей.

Таблица 1.2.2 - Значения шероховатостей поверхностей

№ поверхности	Ш
7	6,3
5	3,2
1	1,25
1	1,6
1	0,5

3) Коэффициент использования материала:

К_{и. м} = М_дет / Нр = М_дет / (М_заг + Т_п) = 1,7/ (2,37+0,108) = 0,686 (1.2.1)

где М_дет - масса детали, кг

Нр - норма расхода, кг

М_заг - масса заготовки, кг

Тп - технологические потери, %

Т_П технологические потери, при получении заготовки из сортового проката принимают 5-6 % от массы заготовки.

М_заг = р·с·RІ · H = 3,14·7800·0,025І · 0,155= 2,37 кг. (1.2.2)

4) Масса детали q = 1,7 кг.

5) Максимальное значение квалитета обработки IT8;

6) Минимальное значение параметра шероховатости обрабатываемых поверхностей Rа - 0,5 мкм;

В процессе проверки уровня технологичности видно, что данная деталь по дополнительным показателям является достаточно технологичной.

1.3 Определение типа производства

Определение типа производства необходимо для дальнейшего проектирования технологического процесса, поскольку от конкретного типа производства зависит форма организации.

Тип производства по ГОСТ 3.119-83 характеризуется коэффициентом закрепления операций К_{з. о}: К_{з. о}=1 - массовое; 1К_{з. о}10 - крупносерийное; 10К_{з. о}20 - серийное; 20К_{з. о}40 - мелкосерийное; в единичном производстве К_{з. о} не регламентируется.

Так как К_{з. о} отражает периодичность обслуживания рабочего всей необходимой информацией, а также снабжения рабочего места всеми

необходимыми вещественными элементами производства, то К_{з. о} оценивается применительно к явочному числу рабочих подразделения из расчета на 1 смену:

К_{з. о}=П / Р_я; (1.3.1)

где П - суммарное число различных операций,

Р_я - явочное число рабочих подразделения.

Определим действительный годовой фонд времени работы оборудования:

Полное количество дней в году - 365, Количество дней отдыха - 104, Количество праздничных дней - 9, Количество дней, сокращённых на один час перед празниными днями - 8, Количество рабочих дней в году 365 - (104+9) = 252, Количество рабочих дней с полной продолжительностью рабочей смены 252-8 = 244, Количество рабочих часов 244*8+8*7 = 2070 ч.

Тип производства характеризуется коэффициентом закрепления операции:

К_{з. оп} = О_i / P_i, (1.3.2)

где О_i - количество операций необходимых для изготовления данной детали; Р_i - число рабочих мест необходимых для изготовления данной детали. Такт выпуска:

t_в = (60·F_д) / N= (60·4140) / 19000 = 13,1 мин/шт, (1.3.3)

где F_д - действительный годовой фонд времени работы оборудования;

N - объём выпуска изделий в год.

Так как по условию режим работы двухсменный, годовой фонд времени работы оборудования Fд=4140 ч.

Коэффициент загрузки оборудования для каждой операции определяется по формуле

Кз. об = Тшт. i / t_в (1.3.4)

где, Т_{шт. i} - штучное время изготовления детали по i-й операции, мин;

t_в - такт выпуска, мин/шт. Если Кз. об. 0,5, то О_i=1, а если Кз. об. < 0.5, то Оi=1/Кз. об. Количество операций в этом случае сокращается до целого числа в меньшую сторону.

Число рабочих мест Р определяется по количеству оборудования которое задействовано при изготовлении данной детали.

К_{з. об.010} = 4,05 /13,1 = 0,309 О₀₁₀ = 1/0,309=3,2 О₀₁₀ =3

К_{з. об.015} = 4,14/13,1 = 0,316 О₀₁₅ = 1/0,316= 3,2 О₀₁₅ =3

К_{з. об.020} = 3,48/13,1 = 0,266 О₀₂₀ = 1/0,266=3,8 О₀₂₀=4

К_{з. об.025} = 1,32/13,1 = 0,101 О₀₂₅= 1/0,101=9,9 О₀₂₅=10

К_{з. об.030} = 0,9/13,1 = 0,069 О₀₃₀ = 1/0,069 = 14,5 О₀₃₀=15

К_{з. об.035} = 6,75/13,1 = 0,515 О₀₃₅ = 1 О₀₃₅=1

К_{з. об.040} = 2,34/13,1 = 0,179 О₀₄₀ = 1/0,179=5,6 О₀₄₀ =6

К_{з. об.045} = 0,95/13,1 = 0,073 О₀₄₅ = 1/0,073= 13,7 О₀₄₅ =14

К_{з. об.050} = 3,74/13,1 = 0,286 О₀₅₀ = 1/0,286=3,5 О₀₅₀=4

К_{з. об.055} = 5,7 /13,1= 0,435 О₀₅₅ = 1/0,435=2,3 О₀₅₅ =2

К_{з. об.060} = 3,54/13,1 = 0,27 О₀₆₀ = 1/0,27= 3,7 О₀₆₀ =4

К_{з. об.070} = 0,16/13,1 = 0,012 О₀₇₀ = 1/0,012=83,3 О₀₇₀=83

К_{з. об.075} = 1,75/13,1 = 0,134 О₀₇₅= 1/0,134=5,7 О₀₇₅=6

К_{з. об.080} = 12,93/13,1 = 0,987 О₀₈₀ = 1 О₀₈₀=1

К_{з. об.085} = 26,33/13,1 = 2,01 О₀₈₅ = 1 О₀₈₅=1

К_{з. об.090} = 0,32/13,1 = 0,024 О₀₉₀ = 1/0,024=41,7 О₀₉₀ =42

К_{з. об.095} = 0,82/13,1 = 0,063 О₀₉₅ = 1/0,063= 15,9 О₀₉₅ =16

К_{з. оп} =215/17=12,65

Тип производства по ГОСТ 3.119-83 характеризуется коэффициентом закрепления операций К_{з. о}: К_{з. о}=1 - массовое; 1К_{з. о}10 - крупносерийное; 10К_{з. о}20 - серийное; 20К_{з. о}40 - мелкосерийное; в единичном производстве К_{з. о} не регламентируется.

Этот коэффициент соответствует среднесерийному типу производства.

Для серийного производства рассчитывается оптимальное количество деталей партии для одновременного запуска [1]

n = N•a/F, (1.3.5)

где N - объем выпуска;

а - необходимый запас на складе, а = 10 дней [1];

F - число рабочих дней в году, F=252 дней [2];

n=19000•10/252=754 (шт.).

Принимаем количество деталей в партии n=800 штук

1.4 Выбор способа получения заготовки

В современном машиностроении для получения заготовки для изготовления детали используется большое количество разнообразных технологических процессов и их сочетаний.

Имея отработанный чертёж, технические условия, которым должна отвечать готовая деталь, и зная количество деталей, подлежащих изготовлению, можно приступать к выбору экономического метода получения заготовки и разрабатываемого технологического процесса, его превращения в готовую деталь, с наименьшими затратами труда.

Следовательно, из нескольких возможных вариантов превращения заготовки в готовую деталь, необходимо использовать наиболее экономичный.

Заготовка для детали "Винт 1Н983.90.153Б" по базовому технологическому процессу изготавливают из проката. Но можно получить заготовку штамповкой на ГКМ.

Сопоставим два варианта технологического процесса изготовления заготовки для детали "Винт 1Н983.90.153Б".

Материал детали - сталь 40Х. Масса готовой детали - 1,7 кг. Годовая программа выпуска - 19000 шт. Данные (показатели) по первому и второму вариантам определения стоимости заготовок сводим в таблицу 1.4.1

Таблица 1.4.1 - Данные для расчётов стоимости заготовок при различных способах получения.

Наименование показателей	Первый вариант	Второй вариант
Вид заготовки Класс точности Группа сложности Масса заготовки Q, кг Стоимость 1т заготовки Сi, руб. Стоимость 1т стружки Sотх, руб.	Прокат Ш50Ч155 3 2,37 3699000 163000	штамповка на ГКМ Т4 С2 2,1 6600000 163000

а) Стоимость заготовки из проката рассчитывается по формуле [1]:

, (1.4.1)

где M - затраты на материал заготовки;

технологическая себестоимость операций правки, калибрования, разрезки их на штучные заготовки;

, (1.4.2)

где Q, q - масса заготовки и детали;

S цена 1 кг. материала заготовки, S=3699 руб;

цена 1 т стружки, =163000 руб;

(руб.).

, (1.4.3)

где - приведенные затраты на рабочем месте, руб/час;

- штучное время на выполнение заготовительной операции. Стоимость отрезки штучной заготовки при = 1,02 мин, =4187,1 руб. /час.

(руб.).

(руб.)

б) Определяем стоимость заготовки полученной методом штамповки:

, (1.4.4)

где S_i - базовая стоимость 1 т. заготовок, S_i = 6600000 руб.;

цена 1 т стружки, =163000 руб;

k_т - коэффициент, зависящий от класса точности;

k_с - коэффициент, зависящий от класса сложности;

k_{в -} коэффициент, зависящий от марки материала;

k_м - коэффициент, зависящий от массы заготовки;

k_{п -} коэффициент, зависящий от объёмов производства;

Q, q - масса заготовки и детали.

Так как класс точности паковки нормальный, то коэффициент k_т= 1, что соответствует нормальной точности. Материал заготовки сталь 40Х, поэтому коэффициент k_в выбираем равным 1,07. Так как группа сложности заготовки первая, то коэффициент k_с= 0,87. Коэффициент k_п принимаем равным. Коэффициент k_м принимаем равным 0,8. Масса заготовки равна 1,8 кг, масса детали 1,2 кг.

Подставляем данные в формулу:

(руб.)

Экономический эффект от сопоставления способов получения заготовок определяется по формуле [1]:

Э_з= (S_заг2 - S_заг1) ·N (1.4.5)

Э_з= (10256,6-8728,2) ·19000=2903960 (руб.).

Как видно из результатов, первый вариант (из проката) получения заготовки экономичнее. Разница в стоимости заготовки составляет 1528,4 руб. /шт. Это значит, что при изготовлении партии заготовок, экономический эффект будет составлять 2903960 руб.

1.5 Анализ технологического процесса механической обработки детали "Винт 1Н983.90.153Б"

Для оценки базового варианта технологического процесса необходимо подвергнуть его подробному разбору, результаты которого будут предпосылкой для разработки нового варианта технологии. Анализ производится с точки зрения обеспечения заданного качества изделия и производительности обработки. Он базируется на оценке количественных и качественных показателей, как отдельных технологических операций, так и процесса в целом. Оценка качественных показателей производится путём логических рассуждений. Количественные показатели определяются технико-экономическими расчётами или по данным технологической документации.

Степень анализа зависит от различных факторов:

конструкции детали;

применяемых методов обработки;

реальных производственных условий.

Предметом анализа является технологический процесс изготовления детали "Винт". Производство среднесерийное. Годовой объем выпуска - 19000 шт.

Таблица 1.5.1 - Базовый вариант технологического процесса изготовления детали "Винт 1Н983.90.153Б"

005	Токарная	Токарно-винторезный станок 16К20
010	Токарная	Токарно-винторезный станок 16К20
015	Токарная	Токарно-винторезный станок 16К20
020	Токарная	Токарно-винторезный станок 16К20
025	Токарная	Токарно-винторезный станок 16К20
030	Токарная	Токарно-винторезный станок 1К62
035	Термическая	-
040	Токарная	Токарно-винторезный станок 16К20
045	Круглошлифовальная	Круглошлифовальный станок 3А151
050	Круглошлифовальная	Круглошлифовальный станок 3М152
055	Резьбошлифовальный	Резьбошлифовальный станок 5822
060	Токарная	Токарно-винторезный станок 16К20

Принятую в данном варианте технологического процесса общую последовательность обработки следует считать логически целесообразной, так как при этом соблюдаются принципы постепенности формирования свойств обрабатываемой детали.

1.6 Формирование и оптимизация обобщенного технологического маршрута обработки

Недостатком базового технологического процесса изготовления детали "Винт 1Н983.90.153Б" является наличие токарных операции, выполняемой на токарном станке 16К20. Вместо выше представленного нами станка будем использовать станок токарный с ЧПУ UT200, что позволит увеличить производительность и значительно сократить время и трудоемкость обработки детали.

Cтанки, используемые на операциях по габаритным размерам обрабатываемой заготовки, достигаемой точности и шероховатости поверхностей соответствуют требуемым условиям обработки данной детали. Почти все станки, находящиеся на указанных операциях, являются относительно недорогими.

В условиях современного производства большую роль приобретает режущий инструмент, применяемый при обработке больших партий деталей с необходимой точностью. При этом на первое место выходят такие показатели как стойкость и метод настройки на размер.

В технологическом процессе применяется в основном стандартный покупной инструмент, что ускоряет технологическую подготовку производства и уменьшает затраты на него, а также твердосплавные режущие материалы и абразивные круги. Обработка ведется без применения СОЖ.

В рассматриваемом технологическом процессе применена специализированная вспомогательная оснастка. Время, необходимое на смену одного режущего инструмента во вспомогательном, сравнительно невелико. Затраты времени на смену (правку) инструмента можно снизить, если применить более стойкие твердосплавные инструменты с износостойкими покрытиями. Крепление инструментов, их установка и смена не сложны. Таким образом, вспомогательная оснастка соответствует данному типу производства.

В технологическом процессе применены быстродействующие измерительные инструменты (универсальные и специальные). Точность измерения достаточно высокая (погрешность измерения не превышает 30% допуска на размер). Оснащенность измерительными средствами операций обработки хорошая.

1.7 Технических нормирование времени

Расчет технологической нормы времени будем проводить в условиях мелкосерийного производства.

Рассчитаем норму штучного времени для круглошлифовальной операции 045, выполняемой на станке 3А151. Производство среднесерийное, размер партии деталей равен 19000 штук. Масса детали равна 1,7 кг. Основное время равно 2,5 мин. Технические нормы времени в условиях среднесерийного производства устанавливаются расчетно-аналитическим путем. [1].

Норма штучного времени:

Т_шт = Т_о + Т_в + Т_об +Т_отд, (1.7.1)

где Т_о - основное время, мин; Т_в - вспомогательное время, мин.

Т_в = Т_ус + Т_зо + Т_уп + Т_{из, (}1.7.2)

где Т_ус - время на установку и снятие детали, мин.;

Т_зо - время на открепление и закрепление детали, мин.;

Т_уп - время на приемы управления, мин.;

Т_из - время на измерение детали;

Т_об - время на обслуживание рабочего места, мин.

Т_об = Т_тех + Т_орг+ Т_отд, (1.7.3)

где Т_{тех -} время на техническое обслуживание рабочего места, мин.;

Т_орг - время на организационное обслуживание рабочего места, мин.;

Т_отд - время перерывов на отдых и личные надобности, мин.

Время на организационное и техническое обслуживание рабочего места Т_орг и Т_тех в мелкосерийном производстве для всех операций определяется в процентах от оперативного времени.

Т_орг. = П·Т_оп. = П· (Т_о+ Т_в) (1.7.4)

Т_тех. = П·Т_оп. = П· (Т_о+ Т_в) (1.7.5)

Время перерывов на отдых и личные надобности так же определяется в процентах от оперативного времени:

Т_отд. = П·Т_оп. = П· (Т_о+ Т_в), (1.7.6)

где П - затраты времени в процентном отношении к оперативному.

В случае мелкосерийного производства нормы вспомогательного времени для массового производства умножаются на 1,85 [1].

Вспомогательное время [2]:

Тус =0,21·1,85=0,4 (мин);

Тзо =0,18·1,85=0,35 (мин);

Туп = (0,01+0,04+0,05+0,04) ·1,85=0,27 (мин);

включить и выключить станок кнопкой - 0,01 мин; провернуть деталь в приспособлении - 0,04 (мин); подвести деталь к шлифовальному кругу в продольном направлении - 0,05 (мин); отвод стола при смене детали - 0,04 (мин).

Тиз =0,102·1,85=0,19 (мин).

Тв = 0,4+0,35+0,27+0, 19= 1,21 (мин).

Время на техническое обслуживание рабочего места [2]:

Ттех=0,22· (2,5+1,21) =0,847 (мин).

Время на организационное обслуживание рабочего места [2]:

Торг=0,22· (2,5+1,21) =0,847 (мин).

Время перерывов на отдых и личные надобности [2]:

Тотд=0,04· (2,5+1,21) =0,148 (мин).

Время на обслуживание рабочего места:

Тоб=0,847+0,847+0,148=1,842 (мин).

Норма штучного времени:

Тшт=2,5+1,21+1,842+0,148 = 5,7 (мин).

Определяем подготовительно-заключительное время: 11 мин - наладка станка, инструмента и приспособления; время на дополнительные приемы (5 мин) - получение инструмента до начала работы и сдача после завершения работы:

п-з = 11+5 = 16 (мин).

Тогда штучно-калькуляционное время равно:

(1.7.7)

Для остальных операций техпроцесса нормы технического времени рассчитываем аналогичным образом. Результаты заносим в таблицу 1.7.1

Таблица 1.7.1 - Сводная таблица технических норм времени по операциям, мин.

Номер и наименование операции	Т0	ТВ	ТОбсл	Тотдх	ТШТ
005	Токарная с ЧПУ	1,37	0,797	0,29	0,58	3,04
010	Токарная с ЧПУ	1,4	0,797	0,3	0,6	3,1
015	Токарная с ЧПУ	1,17	0,794	0,21	0,42	2,6
020	Токарная с ЧПУ	0,5	0,394	0,07	0,137	1,1
025	Токарная с ЧПУ	0,32	0,214	0,06	0,11	0,7
030	Токарная с ЧПУ	2,3	0,794	0,14	0,29	5,06
035	Термическая	0,79	0,394	0,08	0,16	1,8
040	Токарная с ЧПУ	0,32	0,214	0,02	0,04	0,7
045	Круглошлифовальная	2,5	0,662	0,847	1,69	5,7
050	Круглошлифовальная	0,79	0,662	0,1	0,2	1,75
055	Резьбошлифовальный	8,8	2,1	0,68	1,36	12,93
060	Токарная с ЧПУ	0,05	0,04	0,01	0,02	0,12

1.8 Выбор оборудования и расчет его количества

Правильный выбор оборудования определяет его рациональное использование во времени. При выборе станков для разработанного технологического процесса этот фактор должен учитывается таким образом, чтобы исключить их простои.

Для каждого станка в технологическом процессе должны быть подсчитаны коэффициент загрузки, коэффициент использования станков по основному времени и коэффициент использования станков по мощности.

1) Коэффициент загрузки станка з_з определяется как отношение расчётного количества станков m_р, занятых на данной операции процесса, к принятому (фактическому) m_пр [1]:

з_з=m_р/ m_пр ?100% (1.8.1)

Расчётное количество станков определяется по формуле [2]:

m_p= , (1.8.2)

где N - годовой объем выпуска деталей, шт; Т_шт - штучное время, мин; F_д - действительный годовой фонд времени, ч; з_{з. н. -} нормативный коэффициент загрузки оборудования (з_{з. н.} =0,75…0,85).

Произведём расчёт для операции 045

з_з=0,545/1 ?100%=54.5%

Результаты расчёта коэффициента загрузки оборудования сведены в таблицу 1.8.1

Таблица 1.8.1 - Расчётное и принятое число станков, коэффициент загрузки

Номер операции	mр	mп	зз=mр/mп?100%
005	0,291	1	0,291/1?100=29.1%
010	0,296	1	0,296/1?100=29.6%
015	0,249	1	0,249/1?100=24.9%
020	0,105	1	0,105/1?100=10.5%
025	0,067	1	0,067/1?100=6.7%
030	0,484	1	0,484/1?100=48.4%
035	0,172	1	0,172/1?100=17.2%
040	0,067	1	0,067/1?100=6.7%
045	0.545	1	0,545/1?100=54.5%
050	0.167	1	0,167/1?100=16.7%
055	0.338	1	0,338/1?100=38.3%
060	0.011	1	0,011/1?100=11%

Среднее значение коэффициента загрузки станков

_{з. ср} = _з/ ; (1.8.3)

где

- число станков, используемых при данном технологическом процессе, шт. з_{з. ср}=30.82%

2) Коэффициент использования оборудования по основному времени з_о свидетельствует о доле машинного времени в общем времени работы станка. Он определяется как отношение основного времени к штучному времени (для среднесерийного производства) [2]:

_о= Т_о/Т_шт ?100% (1.8.4)

Произведём расчёт для операции 045

_о= 2.5/5,7 ?100%=43.9%

Результаты расчёта коэффициента использования оборудования по основному времени сведены в таблицу 1.8.2

Таблица 1.8.2-Расчет коэффициента использования оборудования по основному времени

Номер операции	То	Тшт	зо= То/Тшт-к ?100%
005	1,37	3,04	1.37/3.04?100=45.1%
010	1,4	3,1	1,4/3.1?100=45.2%
015	1,17	2,6	1,17/2,6?100=45%
020	0,5	1,1	0,5/1.1?100=45.5%
025	0,32	0,7	0,32/0.7?100=45.7%
030	2,3	5,06	2.3/5.06?100=45.5%
035	0,79	1,8	0.79/1.8?100=43.9%
040	2,5	5,7	2.5/5,7?100=43.9%
045	1,26	2,81	1.26/2.81?100=44.8%
050	2,5	5,7	2.5/5,7?100=43.9%
055	1,6	3,54	1,6/3.54?100=45.2%
060	0,05	0,12	0.05/0.12?100=41.7%

Среднее значение коэффициента загрузки оборудования по основному времени

_{о. ср} = _о / ; (1.8.5)

где - число станков, используемых при данном технологическом процессе, штз_{о. ср}=47.84%

3) Использование станков по мощности привода. Этот фактор характеризуется коэффициентом использования оборудования _м, который представляет собой отношение необходимой мощности на приводе станка N_пр к мощности установленного электродвигателя N_ст [2]:

_м= N_пр/ N_ст ?100% (1.8.6)

Произведём расчёт для операции 005

_м= 3/ 21,4 ?100%=51,4%

Результаты расчёта коэффициента использования оборудования по мощности сведены в таблицу 1.8.3

Таблица 1.8.3 - Расчет коэффициента использования оборудования по мощности

Номер операции	Nпр	Nст	зм= Nпр / Nст ?100%
005	11	15	11/15?100=73.3%
010	11	15	11/15?100=73.3%
015	11	15	11/15?100=73.3%
020	11	15	11/15?100=73.3%
025	11	15	11/15?100=73.3%
030	11	15	11/15?100=73.3%
035	11	15	11/15?100=73.3%
040	11	15	11/15?100=73.3%
045	11	15	11/15?100=73.3%
050	7	8.5	7/8.5?100=82.4%
055	3	11	3/11?100=27.3%
060	11	15	11/15?100=73.3%

Среднее значение коэффициента использования оборудования по мощности

_мср = _м / , (1.8.7)

где - число станков, используемых при данном технологическом процессе, шт. з_{м. ср}=73.6%

Исходя из расчётов можно сделать вывод, что станки остаются недогруженными, что в условиях реального производства недопустимо, поэтому на производстве их догружают другими деталями.

1.9 Технико-экономическое обоснование разработанного техпроцесса

Целесообразность применяемого технологического процесса определяется величиной приведённых затрат. При этом в число слагаемых суммы приведённых затрат следует включать лишь те затраты, которые изменяют свою величину при переходе на новый вариант технологического процесса.

Базовый вариант.

Часовые приведенные затраты (руб/ч) можно определить по формуле

, (1.9.1)

где С_з - основная и дополнительная зарплата с начислениями, руб/час;

С_эксп - затраты часовые на эксплуатацию рабочего места, руб/час;

М - коэффициент многостаночности, принимаемый фактическому состоянию на рассматриваемом участке; М = 1;

Е_{н -} нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений, 0,15 [2];

К_{з -} удельные часовые капитальные вложения в здание, руб/час;

К_{с -} удельные часовые капитальные вложения в станок, руб/час.

Основная и дополнительная зарплата с начислениями и учетом многостаночного обслуживания рассчитывается по формуле [6]:

С_з = С_тф·К_д·З_н·К_{о. м,} (1.9.1)

где С_тф - часовая тарифная ставка станочника-сдельщика соответствующего разряда, С_тф=1678 руб/ч по 4-му разряду;

К_д - коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату, начисления и приработок к основной зарплате в результате перевыполнения норм, К_д=1,7;

З_н - коэффициент, учитывающий оплату наладчика, З_н=1 [1];

К_{о. м} - коэффициент, учитывающий оплату рабочего при многостаночном обслуживании, К_{о. м}=1 [1].

С_з = 1678·1,7·1·1=2852,6 (руб/ч).

Часовые затраты на эксплуатацию рабочего места рассчитываем по формуле 1]:

С_эксп. =С_{ч. з} К_м, (1.9.2)

где

С_чз - практические часовые затраты на базовом рабочем месте, С_чз = 540 руб/час.;

К_м - коэффициент, показывающий во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка больше, чем аналогичные расходы, связанные с работой базового станка, К_м=1,3 [1]

С_эксп. = 540 1,3 = 702 (руб/ч).

Удельные капитальные вложения в станок рассчитываются по формуле:

(1.9.3)

где Ц_с - отпускная цена станка, руб., Ц_с=13650000 руб.

К_м - коэффициент, учитывающий затраты на транспортировку и монтаж, К_м=1,1 [2];

С_п - принятое число станков на операцию, С_п =1;

N - годовой объем выпуска деталей, N=19000шт.

(руб/ч).

Удельные капитальные вложения в здание рассчитываются по формуле:

(1.9.4)

где С_пл - стоимость 1м² производственной площади, руб. /м²; С_пл=650000 руб;

П_{с -} площадь, занимаемая станком с учетом проходов, м²;

С_п - принятое число станков на операцию, С_п =1.

Занимаемая станком площадь П_с определяется по формуле:

(1.9.5)

где f - площадь станка в плане (произведение длины и ширины), м², f=3.25м²;

К_с - коэффициент, учитывающий дополнительную производственную площадь, К_с=3 [2]

(м²).

(руб.).

Тогда часовые приведенные затраты:

Стоимость механической обработки на рассматриваемой операции С₀, руб.:

(1.9.6)

Операция 010, токарно-винторезная, станок 16К20.

.

Проектируемый вариант.

Часовые приведенные затраты (руб/ч) можно определить по формуле

, (1.9.7)

где С_з - основная и дополнительная зарплата с начислениями, руб/час;

С_эксп - затраты часовые на эксплуатацию рабочего места, руб/час;

М - коэффициент многостаночности, принимаемый фактическому состоянию на рассматриваемом участке; М = 1;

Е_{н -} нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений, 0,15 [3];

К_{з -} удельные часовые капитальные вложения в здание, руб/час;

К_{с -} удельные часовые капитальные вложения в станок, руб/час.

Основная и дополнительная зарплата с начислениями и учетом многостаночного обслуживания рассчитывается по формуле,

С_з = С_тф·К_д·З_н·К_{о. м,} (1.9.8)

где С_тф - часовая тарифная ставка станочника-сдельщика соответствующего разряда, С_тф=1678 руб/ч по 4-му разряду;

К_д - коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату, начисления и приработок к основной зарплате в результате перевыполнения норм, К_д=1,7;

З_н - коэффициент, учитывающий оплату наладчика, З_н=1;

К_{о. м} - коэффициент, учитывающий оплату рабочего при многостаночном обслуживании, К_{о. м}=1 [1]

С_з = 1678·1,7·1·1=2852,6 (руб/ч).

Часовые затраты на эксплуатацию рабочего места рассчитываем по формуле

С_эксп. =С_{ч. з} К_м (1.9.9)

где С_чз - практические часовые затраты на базовом рабочем месте,

С_чз= 540 руб/час.

К_м - коэффициент, показывающий во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка больше, чем аналогичные расходы, связанные с работой базового станка, К_м=1,3 [1]

С_эксп. = 540 1,3 = 702 (руб/ч).

Удельные капитальные вложения в станок рассчитываются по формуле

(1.9.10)

где Ц_с - отпускная цена станка, руб., Ц_с=15150000 руб;

К_м - коэффициент, учитывающий затраты на транспортировку и монтаж, К_м=1,1

С_п - принятое число станков на операцию, С_п =1;

N - годовой объем выпуска деталей, N=19000шт.

(руб/ч).

Удельные капитальные вложения в здание рассчитываются по формуле

(1.9.11)

где

С_пл - стоимость 1м² производственной площади, руб. /м²; С_пл=650000 руб;

П_{с -} площадь, занимаемая станком с учетом проходов, м²;

С_п - принятое число станков на операцию, С_п =1.

Занимаемая станком площадь П_с определяется по формуле

(1.9.12)

где f - площадь станка в плане, м²; f=4,64м²;

К_с - коэффициент, учитывающий дополнительную производственную площадь, К_с=3 [2].

Пс =4,64• 3=13,92 (м²).

(руб).

Тогда часовые приведенные затраты:

Стоимость механической обработки на рассматриваемой операции С₀, руб.:

(1.9.13)

Операция 010, токарно-винторезная, станок UT200.

.

Экономический эффект от внедрения принятого варианта технологического процесса рассчитывается по формуле:

, (1.9.14)

где и - стоимости механической обработки сравниваемых операций, руб.

Из таблицы 1.9.1 видно, изменение варианта обработки дает годовой экономический эффект в 33,7 млн. руб.

Проведя технико-экономическое обоснование технологического процесса можно сделать вывод, что перевод на токарный станок с ЧПУ UT200 выгодней. Но ввиду того, что уменьшилось время на обработку можно увеличить партию деталей.

1.10 Проектирование станочного приспособления

1.10.1 Назначение и принцип работы трехкулачкового патрона

На токарной операции применим трехкулачковый патрон. Такие патроны изготавливают с двумя или тремя эксцентриковыми кулачками с насечкой, которые в начале обработки под действием сил резания зажимают обрабатываемую деталь, установленную в центрах станка и передают ей крутящий момент от шпинделя станка. Равномерный зажим детали всеми кулачками обеспечивается тем, что применяют плавающие кулачки или кулачки с независимым перемещением. Самозажимные поводковые патроны позволяют устанавливать кулачки на различный размер обрабатываемой детали.

Деталь закрепляется по необработанной поверхности с одновременным центрированием центром 8. Давлением детали центр 8 утопляется и обеспечивает досылку торца детали до упора в базовую поверхность втулки 14. Планшайбу 6 патрона устанавливают коническим отверстием на шпиндель станка и крепят стяжками 7 к планшайбе. Фланец 1 патрона соединён с планшайбой винтами 24 и фиксируется винтом 23. Кулачки 3 закрепляют в патроне винтами 4. Для одновременного зажима детали двумя кулачками фланец 1 может перемещаться относительно планшайбы 6 в направлении его пазов и пружиной поворачивается в начальное положение. Кулачки 3 соединены с противовесами 15 с помощью штифтов 20.

В момент включения станка шпиндель с патроном начинают вращаться и кулачки 3 под действием центробежных сил от противовесов, мгновенно проворачиваясь на пальцах, предварительно зажимают деталь, и предупреждают её от проворачивания вначале резания от составляющих сил резания. После обработки детали станок выключается, шпиндель не вращается, кулачки 3 толкателями 19 под действием пружин поворачиваются на пальцах в исходное положение и деталь отжимается.

1.10.2 Расчёт патрона на точность

При расчете на точность суммарная погрешность при обработке детали не должна превышать величины допуска Т размера.

Суммарная погрешность зависит от ряда факторов и в общем случае точность приспособления рассчитывается по формуле:

пр = Т - К_т1·

где, Т - допуск выполняемого размера, мм;

_б - погрешность базирования,

_б = 0, мм так как деталь закрепляется в центрах;

_з - погрешность закрепления, _з = 0 мм при закреплении заготовки в центрах;

_у - погрешность установки приспособления на станке,

_у = 0,025 мм, так как патрон устанавливается в шпиндель с конусом Морзе №6;

_и - погрешность положения детали из-за износа установочных элементов приспособления, _и = 0,014 мм;

_пи - погрешность смещения режущего инструмента, _пи = 0 мм, так как отсутствуют направляющие элементы в приспособлении;

К_т1 - коэффициент, учитывающий отклонение рассеяния значений составляющих величин от закона нормального распределения, К_т1=0,8;

- экономическая точность обработки;

k_т1 - коэффициент, учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования на настроенных станках, k_т1=1;

k_т2 - коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности, вызываемой факторами, не зависящими от приспособления, k_т2 = 0,6;

Подставляя в формулу значения всех погрешностей получим следующую погрешность приспособления:

_пр = 0,12 - 1·= 0,021 мм.

1.10.3 Расчёт патрона на усилие зажима

Силу зажима детали одним кулачком патрона находим по формуле:

W = Р_ц·cos, Па;

где Р_ц - центробежная сила, которую можно определить через массу противовеса и угловую скорость вращения его центра тяжести:

Р_ц = m· ·R

где m - масса противовеса, m = G/g, кг;

G - вес вращающихся противовесов, G = 6 Н;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/сІ;

- угловая скорость вращения противовеса относительно оси шпинделя:

= ·n/30 = 0,1·n, рад/с;

n - частота вращения шпинделя станка, n = 1000 мин^-1; R - расстояние от центра тяжести груза до оси вращения патрона, R = 0,1м; v - линейная скорость вращения центра тяжести противовеса:

v = ·R, откуда = v/R;

Подставим в формулу для определения Р_ц вместо m величину G/g, а вместо, v - величину 0,1·n·R и, произведя преобразования, получим формулу для определения центробежной силы:

Р_ц = 0,001·G·R·nІ;

- угол между силой зажима, приложенной к кулачку, и направлением

действия центробежной силы, = 30⁰.

Сила зажима тремя кулачками патрона:

Wсум = Р_ц·z·сos = 0,001·G·R·nІ·z·cos30⁰ = 0,001·6·0,1·1000І·3·0,866 =

=1039,2 Н - 104 Па.

где z-число кулачков патрона, z = 3.

1.10.4 Расчёт элементов приспособления на прочность

Расчёт на прочность проведём на примере винта по ГОСТ 1491-72. Эти винты воспринимают крутящий момент М_кр от планшайбы и передают крутящий момент М_кр на фланец и обрабатываемую деталь.

Произведём расчёт при условии, что передаваемый крутящей момент М_кр = 209 Нм; диаметр окружности центров винтов D₀=226 мм; число винтов z=2. Винты установлены с зазором.

Окружное усилие, приходящееся на один винт:

F = Н,

Определяем внутренний диаметр винта из условия прочности на срез:

D₁= = = 2,84 мм,

где, F=925 H-окружное усилие, приходящееся на один винт;

f=0,35-коэффицент трения в стыке между фланцем и планшайбой;

[_р] - допускаемое натяжение на разрыв:

[_р] =_т/ [S],

где, [S] =1,2 - коэффициент запаса прочности;

[_т] = 650Н/мм - предел текучести для винта.

[_р] ==542 Н/мм.

По ГОСТ 1491-72. выбираем винт с ближайшим большим внутренним диаметром соответствующим винту М4.

Так как установлен винт М8, то можно сделать вывод, что данный патрон обладает достаточной прочностью.

Данный расчет на прочность произведём при помощи программного модуля T-FLEX "Анализ".

Статические расчеты конструкций на прочность занимают особое место в машиностроительном проектировании. Обычно, при проверочном расчете изделия на прочность, проектировщика интересуют два вопроса:

1) Распределение составляющих напряжений по объему элементов конструкции. По этим данным можно сделать выводы о наиболее уязвимых местах конструкции и оптимизировать изделие еще на этапе проектирования с целью достижения равнопрочности.

2) Максимальные значения компонентов напряжений в материале. В соответствии с различными теориями прочности, по отношению максимальных расчетных значений напряжений к максимально допустимому для данного материала, можно сделать выводы о надежности конструкции в плане её прочности, т.е. способности не разрушаться под действием приложенных нагрузок.

Рисунок 1.10.4 1 - Твердотельная модель детали "Винт"

Затем создадим новую задачу: конечно-элементный анализ.

Для осуществления конечно-элементного моделирования необходимо построение расчетной сетки из тетраэдральных конечных элементов. При создании сетки указывается ориентировочный размер конечных элементов (тетраэдров), с помощью которых будет описана математическая модель моделируемого изделия изображенная на рисунке 1.10.4 2.

Рисунок 1.10.4 2 - Результат генерации конечно-элементной сетки

Наложение граничных условий.

Помимо создания сетки конечных элементов, для успешного решения физической задачи в конечно-элементной постановке необходимо корректно определить так называемые граничные условия. В статике их роль выполняют закрепления и приложенные к системе внешние нагрузки.

Приложим полное закрепление и распределённую силу (F=925Н) к поверхности, контактирующей с заготовкой (рис. 1.10.4.3). (cм. расчет на прочность)

Рисунок 1.10.4 3 - Граничные условия

Выполнение расчета.

После создания сетки конечных элементов и наложения граничных условий можно инициализировать команду "Расчет" и запустить процесс формирования систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) и их решения. Большинство режимов для формирования СЛАУ и их решения выбираются автоматически процессором.

Рисунок 1.10.4 4 - Коэффициент запаса по эквивалентным напряжениям

Рисунок 1.10.4 5 - Напряжения эквивалентные

Рисунок 1.10.4 6 - Результат перемещения

На основании полученных данных делаем вывод о том, что винт выдерживает заданную нагрузку с большим запасом, т.к. значение коэффициента запаса по эквивалентным напряжениям больше 1.

1.11 Проектирование и расчет конструкции контрольно-измерительного приспособления

1.11.1 Назначение и принцип работы приспособления

Приспособление предназначено для контроля торцевого и радиального биения относительно базовой поверхности (30; 42)