Дипломная работа: Расчет и проектирование дискового долбяка и участка инструментального цеха

Спроектированный технологический процесс имеет следующие преимущества:

1.  Меньшее штучное время на обработку детали, что уменьшает трудоемкость производства.

2.  Повышение производительности труда.

3.  Уменьшение материальных затрат на производство.

При усовершенствовании технологии по обработке долбяка были произведены в базовом технологическом процессе следующие изменения:

-  все токарные станки заменены на станки с ЧПУ. Данное изменение приводит к сокращению маршрута обработки детали, так как позволяет улучшить качество обработки, а следовательно дает возможность отказаться от слесарных операций. Еще применение станков с ЧПУ сокращает штучное время, что в свою очередь ведет к уменьшению постоянных затрат (и переменных тоже), которые ложатся на себестоимость продукции;

-  для растачивания отверстий Æ44 мм, Æ80 мм, выточки 2 мм, точения Æ144 мм применяем токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3. Это позволяет обработать эти поверхности с одного установа;

-  для точения Æ144 с получением угла 100 применяем токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3;

-  для получения угла 60 применяем токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3;

-  для обработки зубьев долбяка применяем зубофрезерный станок с ЧПУ 5В370ПФ2, который за счёт применения червячных модульных фрез даёт максимальную производительность;

-  на внутришлифовальной операции применение внутришлифовального станка с ЧПУ 3М227ВФ2Н позволяет обработать одновременно посадочное отверстие и торец;

-  применение зубошлифовального станка с ЧПУ также сокращает время обработки долбяка;

-  в базовом технологическом процессе применяются напайные резцы, а в разработанном, они заменены на сборные резцы с механическим креплением пластин из твердого сплава, что тоже приводит к сокращению штучного времени;

Операционный технологический процесс приведен в приложении А.

В серийном и массовом производстве для снижения времени на измерения непосредственно в процессе обработки, т.е. не снимая заготовку со станка, используют калибры и специальные шаблоны.

Достоинством калибров являются:

−  простота конструкции, относительная лёгкость изготовления, а, следовательно, и невысокая стоимость;

−  контроль производится в условиях, приближённых к условиям сборки, что обеспечивает с высокой вероятностью собираемость деталей и обеспечение взаимозаменяемости;

−  благодаря простоте применения они доступны операторам невысокой квалификации;

−  высокая износостойкость.

Недостатками калибров является:

−  отсутствие числовых данных о размере объекта;

−  неизвестна погрешность контроля, так как она обуславливается не только размерами калибра, но и размерами детали, состоянием её поверхности, неопределённым измерительным усилием, температурными деформациями и т.д.

−  не выявляется практически погрешность геометрической формы при существующих конструкциях калибров, что приводит к быстрому износу контролируемых объектов в работе.

Контроль изделия согласно данному технологическому процессу осуществляется пооперационно. В качестве измерительных и контрольных инструментов при изготовлении долбяка используем: шаблоны специальные, калибры-скобы, калибры-пробки.

Шероховатость поверхности контролируем путём сравнения обработанных поверхностей с образцами шероховатости.

Для обработки деталей типа тел вращения в качестве установочных приспособлений на токарных станках используются трехкулачковые патроны. Эти патроны обладают достаточной силой зажима заготовки. Но на закрепление заготовки в ручном патроне затрачивается большое время. Для автоматизации процесса закрепления-раскрепления, а, следовательно, и повышения быстродействия было решено установить на станок трехкулачковый патрон с пневмоприводом.

Пневматический патрон (рис.3.1) предназначен для быстрого закрепления и раскрепления деталей на токарном станке. Патрон состоит из сборного поршня 1, корпуса пневмоцилиндра 4, к которому крепятся крышки 5 и 6 винтами 16. Герметичность пневмоцилиндра достигается за счёт прокладки 12 и манжет 19, 20, 21. Корпус цилиндра одевается на шлицевую втулку 10. На крышку цилиндра, за счёт замка 2, крепится корпус 3, который базируется на шлицевой втулке 10 по конической поверхности. В корпусе 3 расположены ползуны 8, которые передвигаются по направляющим. К ползунам, посредством болтов 14, 15, крепятся кулачки 7. К поршню, за счёт гайки 17, крепится тяга 11, которая запирает замок. Для точного позиционирования тяги в осевом направлении предусмотрена проточка. В неё вставляется штифт 25.

При подаче воздуха из камеры в пневмоцилиндр, поршень 1 передвигается вправо и за счёт клинового механизма передвигает вниз ползуны 8, к которым крепятся кулачки 7 и происходит закрепление заготовки.

Раскрепление заготовки происходит следующим образом: в пневмоцилиндр подаётся воздух, поршень 1 передвигается влево.

Благодаря зазору в ползуне и подпружиненной гильзе 13, ползуны 8 передвигаются вверх.

Рисунок 3.1 - Патрон трёхкулачковый пневматический

Изобразим схему зажима заготовки в патроне. Расставим силы, действующие на заготовку при точении поверхности (рис.3.2).

Рисунок 3.2 - Схема сил, действующих на заготовку

Рисунок 3.3 - Расчетная схема закрепления

Сила резания Pz, определенная при расчете режима резания Pz=1619 Н.

Момент силы Pz на диаметре 44 мм составит:

Мр= Pz∙d/2; (3.1)

Мр=1619∙0,44/2=356 Н∙м

Величину силы зажима определим:

; (3.2)

где f1 и f2 - коэффициенты трения, соответственно по периметру и образующей базовой поверхности заготовки;

К - коэффициент запаса.

Для того, чтобы выразить силы трения через составляющие силы резания, запишем 2 уравнения статики:

 (3.3)

ΣPox=0; F2-Px=0, откуда F1=Pzd/d1; F2=Px

d - диаметр обрабатываемой поверхности,

d1 - диаметр базовой поверхности.

Подставим значения сил трения в уравнение силы зажима и получим:

; (3.4)

K=K0 K1 K2 K3 K4 K5 K6; (3.5)

где К0=1,5 - гарантированный запас,

К1 =1,2 - учитывает вид выполняемой операции,

К2 =1…1,8 - учитывает вид обработки и изменение сил, связанных с затуплением инструмента.

К3 =К4 =К5=1,0 - учитывает вид привода и характер закрепления заготовки (механизированный привод).

К6=1,0 - учитывает характер контакта установочных элементов с базовой поверхностью заготовки.

Силу W на штоке механизированного привода определяют в зависимости от требуемой силы зажима обрабатываемой детали, т.е.

; (3.6)

где  - угол клина, =17;

k - коэффициент запаса, k=1,5.

Тогда с учётом пружины:

; (3.7)

где Fпр - рабочее усилие пружины, Fпр=40 Н.

Диаметр гидропривода равен:

; (3.8)

где  - диаметр цилиндра, мм;

d - наружный диаметр втулки, d=120 мм;

p - давление воздуха, р=0,4 МПа; η - КПД, η=0,9

; (3.9)

Т.к. заготовка Ш150 мм, то из конструктивных соображений принимаем диаметр цилиндра D=300 мм.

Сконструированное контрольное приспособление предназначено для контроля радиального биения по вершинам и впадинам зубьев долбяка (рис.3.4).

В плите 7 установлена направляющая типа ласточкин хвост 12, в которой установлен штатив 8. К штативу винтом 11 крепится штанга 6, несущая индикатор часового типа 3. Контролируемый долбяк 9 располагается на поворотном столе 5, вращение которого осуществляется при помощи подшипников 16 и 17.

При контроле радиального биения при помощи рукоятки 13 поднимается фиксатор 14, затем вручную долбяк поворачивается таким образом, чтобы зуб попал во впадину фиксатора. В исходное положение фиксатор возвращается при помощи подпружиненного штифта 19. Далее индикатор устанавливается на контролируемую поверхность (вершину или впадину зуба) и производится измерение радиального биения; индикатор предварительно обнуляется. Так же есть возможность замены фиксатора на фиксатор, который фиксирует положение долбяка по впадинам зубьев.

Контрольное приспособление находится в строгом соответствии по своей конструкции и принятому методу измерения с установленным технологическим процессом, обеспечивает требуемую точность контроля. Конструкция приспособления обеспечивает удобство и простоту эксплуатации. Его применение экономически обоснованно.

Основные параметры индикатора часового типа ИЧ-10 ГОСТ 577-68: цена деления - 0,01 мм, класс точности - 0, Рп=1,5 Н.

Основным расчетом приспособления является расчет на точность.

Общая погрешность приспособления не должна превышать допуск на измеряемый размер:

∆общ ≤ Тр; (3.10)

Общая погрешность измерения:

∆общ = ; (3.11)

где ∆1 = ЅТ1 - погрешность установки стола;

∆2 = Ѕ0,01 - погрешность цены деления индикатора;

∆1 = 0,030·Ѕ = 0,015 мм;

∆2 = 0,010·Ѕ = 0,005 мм;

∆общ = = 0,016 мм.

Допуск на контролируемый размер Æ143,989 мм: Тр = 0,2 мм.

∆общ < Тр, условие выполнено; 0,016 < 0,2.

Следовательно, контрольное приспособление соответствует предъявляемым требованиям.

Рисунок 3.4 - Специальное приспособление для измерения радиального биения

В качестве специального режущего инструмента выбираем фрезу червячную модульную для фрезерования зубьев долбяка.

Исходные данные:

1. Фрезеруемая заготовка: материал - Р6М5; твердость на операции фрезерования НB 220; состояние - до Т/О.

2. Станок: зубофрезерный 5В370ПФ2.

3. Производство: массовое.

Расчёт фрезы:

Определение размеров фрезы по нормали.

1.  Расчётный профильный угол исходной рейки в нормальном сечении:

αи= αд=200

2.  Модуль:

mи=m=6 мм

3.  Шаг по нормали (между соседними профилями фрезы):

tи=π mи; (3.12)

tи =3,14Ч6=18,84 мм

4.  Расчетная толщина зуба по нормали:

Sи= tи- (Sд1+∆S); (3.13)

где Sд1 - толщина зуба долбяка по нормали на делительной окружности;

∆S - величина припуска под последующую чистовую обработку.

Sи=18,84- (10,369+0,2) =8,271 мм

5.  Расчетная высота головки зуба фрезы:

hи’= (dд1-di1) /2; (3.14)

hи’= (126-110,4) /2=7,8 мм

6.  Высота зуба фрезы:

hи=h+0,3m; (3.15), hи=15,6+0,3Ч6=17,4 мм

7.  Радиус закругления на головке и ножке зуба:

r1=r2≈ (0,25ч0,3) m; (3.16)

r1=r2=0,3Ч6=1,8 мм

Определение конструктивных размеров фрезы

8.  Наружный диаметр фрезы Deи выбирается по табл.4 (11, стр.75):

Deи=125 мм

9.  Число зубьев фрезы:

Zи=1,3 ; (3.17)

где ; (3.18)

 ≈440

Zи=1,3

Принимаем число зубьев фрезы Zи=10.

10.  Падение затылка:

По Deи принимаем падение затылка К=5 мм

11.  Диаметр начальной окружности:

dди= Deи - 2hи’-0,1К; (3.19), dди=125-2Ч7,8-0,1Ч5=109,9 мм

12.  Угол подъема витков фрезы по начальной окружности:

; (3.20)

где  - число заходов фрезы

 307'46''

13.  Шаг по оси между двумя витками:

; (3.21)

14.  Ход витков по оси фрезы:

tx=toca; (3.22)

где  - число заходов фрезы

tx=18,883Ч1=18,883 мм

15.  Направление витков фрезы правое, т.к. долбяк прямозубый.

16.  Принимаем винтовые стружечные канавки.

17.  Осевой шаг винтовой стружечной канавки:

T=tocctg2ω; (3.23)

T=18,883Ч ctg2307'46''=4098,033 мм

18.  Угол установки фрезы на станке:

ψ=βд+ ω; (3.24), ψ=307'46''

19.  Расчетные профильные углы фрез в нормальном сечении:

αпр= αлев=αи

tgαос; (3.25)

tgαос αос=2002'32''

ctgαос=2,6651638

ctgαпр=ctgαос - ; (3.26)

ctgαпр=2,6651638-

ctgαлев=ctgαос+ ; (3.27)

ctgαлев=2,6651638+

αпр=21034'

αлев=21023'.

Фреза червячная модульная m=6 мм, Ш125 мм изготавливается цельной из стали Р6М5 ГОСТ 19265-73 (допускается изготовление и стали Р9, Р18). Длина фрезы L=112 мм, диаметр буртика d1=70 мм, диаметр посадочного отверстия d=40Н7. Класс точности - В.

Данный участок инструментального цеха предназначен для изготовления долбяков дисковых прямозубых m=6. Тип производства - массовый; годовая программа выпуска 220000 штук в год; режим работы двухсменный.

Определяем расчетное и принятое число станков по операциям, рассчитываем коэффициент загрузки оборудования, общее количество станков на участке.

Расчетное количество станков находим по формуле:

; (4.1)

где  - суммарная трудоёмкость обработки годового количества деталей, обрабатываемых на участке на станках данного типоразмера, станко-ч;

 - эффективный годовой фонд времени работы оборудования, ч. (для станков с ЧПУ);

 - штучное время выполнения всех операций изготовления детали, станко-мин; = 34,42;

Трудоёмкость обработки по операциям:

; (4.2)

где  - штучное время выполнения j-й операции изготовления i-й детали, станко-мин;

Ni - годовая программа выпуска i-х деталей;

n - число разных деталей, обрабатываемых на станках данного типоразмера;

m - число операций обработки i-й детали на станках данного типоразмера.

Коэффициенты загрузки оборудования рассчитываем по формуле:

; (4.3)

где Ср - расчетное количество станков;

Сп - принятое количество станков.

005 Токарная с ЧПУ:

010 Токарная с ЧПУ:

,

015 Токарная с ЧПУ:

020 Зубофрезерная с ЧПУ (черновая):

025 Зубофрезерная с ЧПУ (чистовая):

035 Внутришлифовальная с ЧПУ (черновая):

040 Внутришлифовальная с ЧПУ (чистовая):

045 Внутришлифовальная:

050 Заточная:

055 Зубошлифовальная с ЧПУ:

Кроме коэффициентов загрузки для отдельных типоразмеров станков подсчитывается средний коэффициент загрузки станков по цеху (участку) Кзср - отношение суммы расчетных значений числа станков к сумме принятых значений числа станков, то есть

; (4.4)

Рисунок 4.1 - График загрузки оборудования

При предварительной проработке компоновочной схемы общую площадь Sо цеха (участка) определяют по показателю удельной общей площади , приходящейся на один станок или одно рабочее место:

; (4.5)

дисковый долбяк цех инструментальный

где  - принятое число станков, а в случае сборки - принятое число рабочих мест цеха (участка).

Численность рабочих определяется по следующей формуле:

; (4.6)

где Сп - количество основных станков цеха (участка);

Фо - эффективный годовой фонд времени работы оборудования;

Кз, Ки - коэффициенты соответственно загрузки и использования оборудования, [12 табл.5];

Фр - эффективный годовой фонд времени рабочего, ч, [12 табл.3];

Км - коэффициент многостаночного обслуживания, [12 табл.4].

При проектировании участков инструментального цеха численность основных рабочих-слесарей и основных рабочих-сварщиков определяют в зависимости от численности основных рабочих-станочников  по формулам:

; (4.7)

; (4.8)

где и - расчетная численность соответственно слесарей и сварщиков цеха (участка);

 - коэффициент соотношения численности слесарей и станочников по участкам инструментального [12, табл.6];

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10