Разработка технологического процесса изготовления цанги Tanline

Аннотация

УДК 621.91.002(075)

Технологический процесс изготовления цанги Tanline. Дипломный проект – Тольятти, ТГУ, 2005.

В проекте рассмотрены вопросы совершенствования технологического процесса изготовления цанги Tanline.

Предложен способ получения заготовки методом штамповки на КГШП по результатам экономического анализа. Разработан технологический маршрут изготовления детали для среднесерийного производства. Рассчитаны припуски на обработку с помощью размерного анализа техпроцесса. На одной из токарных операций на основе проведенных научных и патентных исследований оптимизированы режимы резания и усовершенствована конструкция сверла. Рассчитаны и спроектированы станочное приспособление, контрольное приспособление. Рассчитан и спроектирован робото-технический комплекс. Спроектирован участок обработки детали и рассчитаны коэффициенты загрузки применяемого оборудования. Соблюдены безопасность и экологичность проекта. Внедрение предлагаемых мероприятий по совершенствованию техпроцесса позволит получить годовой экономический эффект в размере 243 тыс.руб.

Содержание

Введение

1. Анализ исходных данных

2. Выбор и проектирование заготовки

3. Разработка технологического маршрута. Выбор технологических баз. План изготовления

4. Выбор средств технологического оснащения

5. Проектирование технологических операций

6. Расчет и проектирование станочного приспособления

7. Расчет и проектирование контрольного приспособления

8. Разработка и проектирование автоматизирующих устройств

9. Патентные исследования

10. Научные исследования

11. Расчет и проектирование участка механической обработки

12. Безопасность и экологичность проекта

13. Экономическая эффективность проекта

Заключение

Список литературы

Введение

Цель дипломного проектирования по технологии машиностроения - научится правильно применять теоретические знания, полученные в процессе учебы, использовать свой практический опыт работы на машиностроительных предприятиях для решения профессиональных технологических и конструкторских задач.

Целью данного проекта является снижение трудоемкости изготовления цанги Tanline путем разработки прогрессивного технологического процесса, базирующегося на современных достижениях в области станкостроения, инструментального производства.

К мероприятиям по разработке новых прогрессивных технологических процессов относится и автоматизация, на ее основе проектируется высокопроизводительное технологическое оборудование, осуществляющее рабочие и вспомогательные процессы без непосредственного участия человека.

Для достижения цели решаются следующие задачи:

1.Расширение, углубление, систематизация и закрепление теоретических знаний, и применение их для проектирования прогрессивных технологических процессов сборки изделий и изготовления деталей, включая проектирование средств технологического оснащения.

2.Развитие и закрепление навыков ведения самостоятельной творческой инженерной работы.

3.Овладение методикой теоретико-экспериментальных исследований технологических процессов механосборочного производства.

В дипломном проекте должна отображаться экономия затрат труда, материала, энергии. Решение этих вопросов возможно на основе наиболее полного использования возможностей прогрессивного технологического оборудования и оснастки, создания гибких технологий.

1. Анализ исходных данных

1.1 Служебное назначение детали

Цанга Tanline служит для установки и закрепления обрабатываемой детали. Цанга устанавливается в патрон на поверхности 14-18, и крепится к штоку поверхностью 21.

Для приведения цанги в рабочее состояние шток перемещается и цанга, упираясь в патрон поверхностями 10 и 12, зажимает заготовку поверхностями 23 и 27, также посредством силы трения эти поверхности передают заготовке крутящий момент, который передается цанге от патрона посредством поверхности 29.

Цанга работает со средними нагрузками и небольшими изгибающими моментами, но при работе возникают значительные трения и износ поверхностей, поэтому мы рекомендуем термическую обработку на повышение твердости поверхностного слоя

На рис. 1.1 представлен эскиз детали, а в таблице 1.1 классификация ее поверхностей.

Таблица 1.1

Классификация поверхностей детали

Материал ступицы – сталь 19ХГН по ГОСТ 4543-71, имеющая следующий химический состав: углерода С = 0,17…0,21 %, кремния Si = 0,17…0,37%, хрома Cr = 0,45…0,75%, никеля Ni= 0,7…1,0%, молибдена Мо = 0,2…0,3%. [1].

После термической обработки НRC 59…63, обрабатываемость резанием – хорошая, Кv = 1,0.

Исходя из служебного назначения ступицы при разработке технологического процесса ее изготовления, особое внимание следует уделить исполнительным поверхностям Ø35,024(пов.23), Ø31,623(пов.27), и конструкторским базам пов.10, пов.12 и пов.14-18.

1.2 Технологичность конструкции детали

Рабочий чертеж цанги содержит необходимую графическую информацию для полного представления о ее конструкции. Указаны размеры с их отклонениями, проставлена требуемая шероховатость, большинство отклонений от правильных геометрических форм.

Это позволяет нам сделать вывод, что деталь технологична и позволяет применить прогрессивные методы обработки (точение, шлифование и т. д.) с использованием прогрессивного режущего инструмента.

1.3 Выбор типа производства и формы организации технологического процесса

Тип производства зависит от годовой программы выпуска деталей и их трудоемкости. По таблице 4.1 [2] при массе детали до 2 кг ( масса цанги 1,29 кг ) и программе 5000… 10000 деталей в год ( N = 10000 дет/год – проектная ) тип производства – серийное ( среднесерийное ).

Для серийного производства рекомендуется групповая форма организации производства, когда запуск деталей осуществляется партиями [3]:

, (1.1)

где a – периодичность запуска деталей, при запуске раз в месяц а = 24;

F – число рабочих дней в году, F = 276.

n = 10000∙24/276 = 870 дет.

С учетом типа производства предполагаем применение универсальных станков и станков с ЧПУ, универсальных и специализированных приспособлений с механизированными силовыми приводами, режущих инструментов, оснащенных сменными многогранными режущими пластинами.

2. Выбор и проектирование заготовки

2.1 Экономическое обоснование метода получения заготовки

Выбор заготовки означает определение рационального метода ее получения, назначение припусков на обработку резанием и выявления комплекса технических требований.

Для получения нашей заготовки можно использовать два метода получения: штамповка на ГКШП и прокат. Выберем тот метод, который дает больший экономический эффект.

Определим затраты на штамповку [3].

руб/кг, (2.1)

где руб/кг – базовая стоимость одного килограмма штампованных заготовок,

- коэффициент, зависящий от класса точности,

- коэффициент, зависящий от сложности заготовки,

- коэффициент, зависящий от массы заготовки,

- коэффициент, зависящий от марки материала,

- коэффициент, зависящий от объема производства,

Определим затраты на механическую обработку:

руб/кг, (2.2)

где руб/кг – текущие затраты на 1кг стружки,

руб/кг – капитальные затраты на 1кг стружки,

- нормативный коэффициент капитальных вложений.

Заготовку в базовом варианте техпроцесса получали из пруткового проката Æ60 мм.

Размеры заготовки d x L : Æ60 х 306

Масса заготовки из пруткового проката

M 3 = r × V (2.3)

где r - плотность материала;

V – объем прутка;

(2.4)

где R – радиус прутка;

L – длина заготовки;

mз = 7.85 × 10-6 × 3.14 × 302 × 306= 6,749 кг

коэффициент полезного использования материала:

(2.5)

где - масса детали;

- масса заготовки;

Заготовку в проектном варианте техпроцесса предложено изготовить методом пластического деформирования – штамповка на ГКШП.

Для обоснования проведем ряд расчетов.

Параметры облойной канавки:

- толщина полека для облоя:

(2.6)

где - коэффициент равный 0,016;

- площадь поковки в плане.

= 1078 мм

- другие значения облойной канавки [4]

Припуски на обработку [4], действительные размеры на заготовку с назначенными допусками по ГОСТ 75.05-89

Таблица 2.1

Размеры штамповки, мм

Расчет допусков на размеры штамповки, учитывающих недоштамповку, износ ручьев штампа, его сдвиг проводим последующим формулам, и все данные также сводим в таблицу 2.1

для размеров, расположенных в вертикальной плоскости:

- верхнее отклонение , (2.7)

- нижнее отклонение , (2.8)

для размеров, расположенных в горизонтальной плоскости:

- верхнее отклонение , (2.9)

- нижнее отклонение , (2.10)

где П – припуск на размер.

Определение размеров исходной заготовки.

Объем исходной заготовки

(2.11)

где - объем поковки, рассчитываемый по номинальным, горизонтальным и вертикальным размерам чертежа поковки плюс половина положительного допуска;

- объем угара равный 0,5% ;

- объем облоя при штамповке;

= 488300 мм3

= 2442 мм3

(2.12)

где - коэффициент, учитывающий изменение фактической площади сечения получаемого облоя по сравнению с площадью сечения мостика ;

- площадь сечения мостика;

- периметр поковки.

= 13010мм3

Vзаг = 488300+2442+13010 = 531700 мм3

Масса исходной заготовки и коэффициент использования материала.

mз = 7.85 × 10-6 × 531700 = 4,147 кг

Годовая программа выпуска деталей – 10000 шт.

Отрасль – машиностроение.

Затраты на 1 кг стружки:

- текущие

- капитальные

Затраты на механическую обработку, отнесенные на 1 кг стружки.

(2.13)

где - нормативный коэффициент капитальных вложений, равный 0,1.

Технологическая себестоимость изготовления заготовки.

Определим технологическую себестоимость заготовок по формуле:

, (2.14)

где q – масса детали,

kим – коэффициент использования материала,

Сзаг – затраты на заготовку,

Смех – стоимость механической обработки, отнесенная к 1кг снимаемой стружки

Сотх – цена 1кг отходов.

Для штампованной заготовки:

(2.15)

где - базовая стоимость 1 кг штампованных заготовок, = 4,15 руб.;

- коэффициент точности =1;

- коэффициент сложности = 0,88;

- коэффициент массы = 1;

- коэффициент материала = 1,27;

- коэффициент серийности, = 1;

руб (2.16)

Для проката:

руб (2.17)

Технологическая себестоимость изготовления детали методом штамповки оказалась ниже.

Экономический эффект при сопоставлении двух способов получения заготовки

(2.18)

где - программа выпуска деталей

Ээ = (20,739 – 19,499) × 10000 = 12400 руб.

ВЫВОД: Принимаем метод получения заготовки из штамповки на прессе с выталкивателем, при этом эффект составляет 12400 руб.

3. Разработка технологического маршрута. Выбор технологических баз. План изготовления

3.1 Выбор методов обработки поверхностей вала

Выбор методов обработки поверхностей детали резанием выполним по типовым таблицам обработки [2] и результаты выбора сведем в таблицу 3.1 проекта. Номера поверхностей взяты с технологического чертежа вала (рис.1.1).

Таблица 3.1

Методы обработки поверхностей ступицы

Данные методы реализованы при разработке маршрута изготовления детали.

3.2 Разработка технологического маршрута изготовления вала

При разработке маршрута в среднесерийном производстве придерживались следующих правил:

1. Технологические операции разрабатывали по принципу концентрации технологических переходов, т.е. как можно больше поверхностей обрабатывать с одного установа заготовки.

2. Отдавали предпочтение многопозиционным, многорезцовым станкам, станкам с ЧПУ.

3. Старались шире применять режущий инструмент со сменными многогранными пластинами (СМП). Для цельного инструмента (сверл и др.) рекомендуем быстрорежущую сталь Р6М5.

4. Станочные приспособления со сменными установочными элементами и механизированными зажимными устройствами.

Технологический маршрут обработки цанги представлен в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Технологический маршрут изготовления цанги

3.3 Выбор технологических баз

Теоретическая схема базирования выбирается в зависимости от типа детали. Для нашего случая тип детали - вал. Выбирается двойная направляющая база, которая лишает заготовку четырёх степеней свободы и опорная база - упор, лишающий заготовку ещё одной степени свободы. Для обоснования выбранных баз составим таблицу, в которой покажем по операциям, какие базы используются на операциях.

Таблица 3.3

Технологические базы

Примечание: в таблице 3.3 двойная направляющая база обозначается буквами ДН, направляющая база обозначается буквой Н, опорная – О, установочная – буквой У.

В качестве черновых технологических баз на первой операции ТП выбираем поверхность 13 (ОКБ) и торец 36, т.к. для обеспечения точности диаметральных размеров и взаимного расположения цилиндрических поверхностей поверхность 13 подходит лучше всех благодаря своим линейным размерам, обеспечивая устойчивое положение заготовки в приспособлении в радиальном направлении. В дальнейшем она будет обработана согласно требованиям чертежа.

Чистовыми базами на токарной операции 20 служат:

скрытая технологическая база – ось пов.1(34), реализуемая при установке заготовки в самоцентрирующее устройство;

явная база – торец 1, реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления.

Базами на токарной операции 30 служат:

скрытая технологическая база – ось пов.14-18, реализуемая при установке заготовки в самоцентрирующее устройство;

явная база – торец 2, реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления.

Чистовыми базами на фрезерной, пазоразрезной и шлифовальных операциях служат:

скрытая технологическая база – ось пов.34

явная база – торец 1, реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления.

Такой выбор баз наряду с точностью изготовления ступицы обеспечивает требования взаимного расположения ее поверхностей.

Условные обозначения принятых черновых и чистовых технологических баз в теоретических схемах базирования на различных операциях ТП изготовления ступицы приведены в плане изготовления.

3.4 Назначение операционных технических требований

Технические требования на обработку детали назначаем по таблицам статистической точности размеров и пространственных отклонений [5], исходя из вида обработки, применяемого оборудования, способа обеспечения точности и длины (диаметра) обработки детали.

Технические требования на изготовление исходной заготовки назначаются по ГОСТ 7505 – 89 (поковки стальные штампованные). Отклонения от соосности (концентричности) для заготовки определим по методике[5].

Удельную изогнутость ρк определим в зависимости от среднего диаметра ступицы:

, (3.1)

где di, li – диаметр и длина ступени соответственно;

l – общая длина детали.

dcp = 33,2мм.

Следовательно, ρк = 0,7 мкм/мм по приложению 5[5].

Величины изогнутости ∆к оси ступицы для различных i-тых участков определяются так:

, (3.2)

где Li – расстояние наиболее удаленной точки i-ой поверхности до измерительной базы;

L – длина детали;

∆max – максимальный прогиб оси детали в результате коробления:

∆max = ρк · L; (3.3)

R – радиус кривизны оси детали:

. (3.4)

Эти величины можно принять как величины отклонений от соосности участков цанги относительно крайней точки измерительной базы заготовки, в качестве которой выбирается ось поверхности заготовки, являющейся черновой технологической базой.

∆max = 0,7·305 = 336мкм = 0,214мм.

R= (0,2142 + 3052) / (2·0,214)= 118426,23мм.

Расчет соосностей:

Е 10,39 = + 0,214 – 118426 ≈ 0,19мм.

Е 12,39 = Е 5,14 = + 0,214 – 118426 ≈ 0,17мм.

Е 14-18,39 = + 0,214 – 118426 ≈ 0,13мм.

Е 19,39 = + 0,214 – 118426 ≈ 0,12мм.

Е 20,39 = ∆max = 0,214мм ≈ 0,21 мм.

Технические требования вносим в графу 4 плана изготовления.

4. Выбор средств технологического оснащения

При выборе типа и модели металлорежущих станков будем руководствоваться следующими правилами:

1) Производительность, точность, габариты, мощность станка должны быть минимальными достаточными для того, чтобы обеспечить выполнение требований предъявленных к операции.

2) Станок должен обеспечить максимальную концентрацию переходов на операции в целях уменьшения числа операций, количества оборудования, повышения производительности и точности за счет уменьшения числа перестановок заготовки.

3) В случае недостаточной загрузки станка его технические характеристики должны позволять обрабатывать другие детали, выпускаемые данным цехом, участком.

4) В серийном производстве следует применять преимущественно универсальные станки, револьверные станки, станки с ЧПУ, многоцелевые станки (обрабатывающие центры). На каждом станке в месяц должно выполняться не более 40 операций при смене деталей по определенной закономерности.

При выборе приспособлений будем руководствоваться следующими правилами:

1) Приспособление должно обеспечивать материализацию теоретической схемы базирования на каждой операции с помощью опорных и установочных элементов.

2) Приспособление должно обеспечивать надежные закрепление заготовки обработке.

3) Приспособление должно быть быстродействующим.

4) Зажим заготовки должен осуществляться, как правило, автоматически.

5) Следует отдавать предпочтение стандартным, нормализованным, универсально-сборным приспособлениям, и только при их отсутствии проектировать специальные приспособления.

При выборе РИ будем руководствоваться следующими правилами:

1) Выбор инструментального материала определяется требованиями, с одной стороны, максимальной стойкости, а с другой минимальной стоимости.

2) Следует отдавать предпочтение стандартным и нормализованным инструментам.

При выборе средств контроля будем руководствоваться следующими правилами:

1) Точность измерительных инструментов и приспособлений должна быть существенно выше точности измеряемого размера, однако неоправданное повышение точности ведет к резкому удорожанию.

2) В серийном производстве следует применять инструменты общего назначения: штангенциркули, микрометры, длинномеры и т.д, реже – специального назначения.

3) Следует отдавать предпочтение стандартным и нормализованным средствам контроля.

Результаты выбора средств технологического оснащения заносим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Выбор СТО

5. Проектирование технологических операций

5.1 Разработка токарной операции (30)

5.1.1 Выбор оборудования

На токарных операциях 20, 30 окончательно принимаем универсальный токарно-винторезный станок модели 16К20Ф3, который в условиях серийного производства позволяет обтачивание наружных контуров деталей типа дисков, валов, обрабатывать осевым инструментом центральное отверстие[6].

Частоты вращения шпинделя n = 12,5…2000 об/мин;

Подачи

продольная: 3 – 1200 мм/мин,

поперечная: 1,5 – 600 мм/мин;

Мощность электродвигателя N = 10 кВт;

Габариты станка – 3360х1710х1750;

Масса станка – 4000кг.

5.1.2 Выбор последовательности переходов (30)

1. Сверлить отверстие ø20+0,05(пов. 23), выдерживая размер 150–0,35.

2.Расточить поверхности ø34,55+0,05(пов.23), ø31,15+0,05 (пов.27), ø32,13+0,1 (пов.28), ø36,58+0,1 (пов.24), ø36,58+0,1 (пов.26), выдерживая размеры 10–0,1, 50–0,1, 70–0,1, 5–0,1, 7–0,1.

5.1.3 Выбор режущего инструмента

Вид и размеры режущего инструмента определим [7]:

Т1 – сверло спиральное нормальной длины Ø20×100 по ГОСТ 10903 – 77 из стали Р6М5

Т2 – резец расточной с φ=93°±5´,с ромбической пластиной (ε = 55°) из твердого сплава Т15К6 ГОСТ 18868-73

5.1.4 Расчет режимов резания

Переход 1: t= dсв/2= 20/2= 10 мм

S=0,3мм/об – при сверлении стали(НВ255…302) сверлом диаметра Ø20мм.

V= (Cv· Dq/ Tm∙ Sy)∙ Kv = (9,8·200,4 / 500,2·0,30,5)·1,02 = 25,3м/мин

n= 1000∙V/ π∙d= 1000∙ 25,3/ 3,14∙23= 405об/мин,

по станку nст= 400об/мин, Vф= 25м/мин, Sм= 120мм/мин.

Переход 2: t=1,1мм

S=0,3мм/об – при растачивании стали 19ХГН, диаметром отверстия до ø38мм и глубине резания до 3мм.

V= (Cv / Tm∙tx· Sy)∙ Kv , (5.1)

V=(340 / 600,2·1,10,15·0,30,45)·1,02=137м/мин

nст = 1250об/мин, Vф= 137м/мин, Sм= 375мм/мин.

Мощность резания при точении рассчитывают по формуле[6]:

, (5.2)

где PZ – тангенциальная составляющая силы резания, равная:

. (5.3)

Примечание: на операции используется СОЖ Афтокат Ф-40 или ВЕЛС1, ВЕЛС 1М(4…5%).

5.1.5 Расчет норм времени

Установить, закрепить, снять заготовку - Твс =0,65мин [3].

Основное время перехода 1:

То = lр.х/Sм = 152/120 =1,27 мин.

Переход 2:

То = lр.х/Sм = 183,57/ 375=0,49 мин.

Основное время на операции: Тоопер = 1,76 мин.

Суммарная длина холостых ходов по всем переходам составляет 110 мм, ускоренная подача на станке Sуск = 300 мм/мин, Твс = 110/300 = 0,33 мин.

Время на техническое обслуживание и отдых будет составлять

Тт.о + Тот = 0,07∙( То+ Твс ) = 0,07∙( 1,76 + 0,65) = 0,17мин.

Штучно-калькуляционное время будет равно (Тп.з = 40мин, n = 870 шт/месяц, Тшт = 2,36 мин):

Тш.к = Тп.з /n + Тшт = 40/870 + 2,36= 0,05+ 2,36 = 2,41мин.

При проектировании средств автоматизации вспомогательное время будет уменьшено вследствие применения робото-технического комплекса для загрузки-выгрузки заготовок (аналогично операции 20), также произведем оптимизацию режимов сверления после усовершенствования сверла. Результаты расчетов представлены на чертеже наладки и в операционной карте (см. приложение к проекту).

Режимы резания и нормы времени на остальные операции определим по методике [3], где основное технологическое время То и штучное время Тшт определяется в зависимости от вида обработки, диаметра и длины обработки и коэффициента φк (в зависимости от вида станка: для токарных – 2,14; для шлифовальных – 2,1), и сведем в таблицу 5.1.

Таблица 5.1

Режимы резания и нормы времени базового варианта

6. Проектирование оправки на шпоночно-фрезерную операцию

Оправки разделяются на жесткие и разжимные. Важнейшей характеристикой при выборе того или другого типа оправок является точность обработки. Ее показателем обычно служит отклонение от соосности, возникающее при обработке наружной поверхности относительно базовой. При выборе оправки также играет роль жесткость заготовки, потому что при закреплении на оправке она деформируется. Это приводит к различным отклонениям формы обработанных поверхностей.

Цилиндрические оправки (рис.6.1) для установки деталей с гарантированным зазором обеспечивают стабильное положение детали вдоль оси. Поэтому такие оправки можно применять при работе на настроенных станках, для обработки длинных деталей, когда предъявляются повышенные требования к продольным размерам. С помощью данных оправок не достигается точность центрирования, однако они имеют преимущества при многоместной обработке.

Цилиндрическая оправка с гарантированным зазором

Рис. 6.1.

Исходные данные:

Мкр — передаваемый крутящий момент или крутящий момент от сил резания, Н · мм;

l3 — базовая длина заготовки, мм;

D — диаметр обработанной заготовки, мм;

d — диаметр базового отверстия заготовки, мм;

Т d — поле допуска базового отверстия, мм;

е — допускаемое отклонение от соосности обработанной и базовой поверхностей заготовки, мм.

1) Гарантированный зазор для установки оправки на деталь:

(6.1)

где еоп – отклонение от соосности базовой поверхности оправки (рекомендуется в пределах 3-й степени точности);

Тd.оп – допуск на диаметр базовой поверхности оправки (рекомендуется h6);

dиз – допустимый износ базовой поверхности оправки (рекомендуется 0,01…0,02 мм);

Приближенно DГАР³0,02 мм.

2) Номинальный диаметр базовой поверхности оправки:

(6.2)

3) Длина базовой поверхности оправки:

(6.3)

где n – число одновременно обрабатываемых деталей.

.

4) Наружные диаметры опорного буртика и нажимной шайбы:

(6.4)

.

5) Ширина нажимной шайбы:

(6.5)

.

6) Гарантированный крутящий момент, передаваемый оправкой:

(6.6)

где k – коэффициент запаса, принимается приближенный k»2,5.

.

7) Требуемое усилие зажима детали:

(6.7)

где f – коэффициент трения, принимается равным 0,16…0,2.

Следовательно, необходимое усилие Р нужно приложить на каждый прижимной винт оправки.

7. Расчет и проектирование контрольного приспособления

Для контроля радиального биения наружного диаметра применяем биениемер.

Т. к. биение необходимо измерить относительно базового отверстия, то для закрепления цанги в контрольном приспособлении применяем мембранную оправку.

Произведем расчет усилия для сжатия кулачков.

7.1 Расчет осевого усилия для разжима кулачков

7.1.1 Для сжатия кулачков патрона в размер , действующее на мембрану осевое усилие должно составить:

где К(Р) =1,1 – коэффициент ужесточения мембраны ее кулачками;

S, a, c, b – соответственно толщина, рабочий радиус, радиус центрального окна, радиус расположения кулачков мембраны;

а = 54; S = 3; b = 0,4 a = 32; c = 0.18a = 10

L = 24 – плечо кулачка;

dк = 54 - диаметр наружной поверхности кулачков;

dк min = 51,5 – диаметр кулачков, позволяющий установить наименьшую заготовку в партии.

=8870 Н

7.1.2 С учетом коэффициента полезного действия η = 0,7…0,8 усилие на штоке составляет:

7.1.3 Вычислим наибольшее напряжение σmax

где К(σ) = 0,7

7.2 Усилие закрепления заготовки одним кулачком оправки

где dз = диаметр базы заготовки, мм;

функция

Н

7.3 Описание конструкции и принцип работы приспособления

Приспособление предназначено для измерения радиального биения на наружном диаметре шейки шпинделя относительно базового отверстия.

Приспособление содержит основание 11, мембранную оправку, плавающий центр и измерительную головку ИПП874.

Мембранная оправка содержит корпус 4, к которому винтами 15 крепится мембрана с кулачками 5. Через центральное резьбовое отверстие корпуса проходит шток 6, на шток с наружной стороны мембраны устанавливается шайба 20 и гайка 21, а также ручка 12, которая фиксируется на штоке с помощью штифта 19. Мембранная оправка устанавливается в переднюю бабку 2 с запрессованным подшипником 3 с минимальным зазором. И спереди и сзади для установки оправки к корпусу винтами 14 привинчиваются шайбы 9.

По направляющим основания перемещаются передняя бабка с мембранной оправкой, задняя бабка 7 с установленным в ней плавающим центром 8, и измерительная головка 1, смонтированная на колонке 10.

Приспособление работает следующим образом.

Цанга устанавливают точно на кулачки 5 мембранной оправки и поджимают плавающим центром 8. Оправка с цангой должна свободно от руки поворачиваться, при этом необходимо следить за тем, чтобы не было качки. Сжатие оправки производится ручкой при помощи ручки 12, которая при проворачивании выкручивает шток 6, а шток, в свою очередь, прогибает мембрану и кулачки сходятся. Наконечник с шариком подводится к поверхности шейки шпинделя и занимает определенное радиальное положение, которое фиксируется чувствительной головкой.

Наибольшее колебание показаний чувствительной головки при расположении наконечника во всех впадинах колеса характеризует величину биения.

Чтобы шарик соприкасался с профилем шейки проверяемого колеса, его диаметр должен быть равен

где = 0 – смещение исходного контура.

Тогда, D = 1,680*2+0 = 3,36 мм

8. Разработка и проектирование автоматизирующих устройств

Промышленные роботы, обеспечивая автоматизацию отдельных процессов и операций, связывают их в системы автоматически работающих производственных машин-автоматов, достаточно эффективных как в массовом, так и в мелкосерийном производствах.

Применение промышленных роботов улучшает использование производственных фондов, повышая рентабельность и фондоотдачу производства.

Важной особенностью промышленных роботов является не только высокая степень универсальности большинства из них, но и способность быстро переналаживаться на выполнение новых операций или иной работы, что особенно важно в условиях современного гибкого производства, для которого характерны большая номенклатура и частая смена выпускаемых изделий.

8.1 Разработка теоретических схем базирования, крепления заготовок в захватном устройстве и на транспортере-накопителе

Разработаем теоретические схемы базирования, крепления заготовок в захватном устройстве и на транспортере-накопителе. Будем руководствоваться принципами постоянства и единства технологических и измерительных баз, а также совмещение технологических баз с конструкторскими. Для разработки теоретических схем базирования, крепления заготовок в захватном устройстве и на транспортере-накопителе будем пользоваться рекомендациями [8], [9]. Данные по разработке теоретических схем базирования, крепления заготовок занесем в таблицу 8.1.

Таблица 8.1

Теоретические схемы базирования, крепления заготовки в захватном устройстве и на транспортере-накопителе.

8.2 Разработка наладок при обработке заготовок на токарном оборудовании

На основе разработанных технологических процессов и теоретических схем базирования заготовок на станке разработаем наладки при обработке заготовок (см. приложение). При разработке наладок будем руководствоваться рекомендациями [10], [11].

Учитывая конструктивные параметры и технические требования обрабатываемых деталей, и теоретические схемы базирования, из таблиц [11] выберем тип станка и тип токарного трехкулачкового механизированного патрона. В нашем случае для токарной операции подходят токарно-винторезный станок с ЧПУ модели 16К20Ф3 и патрон токарного механизированного типа ПЗКП-315.Ф8.95. Выбранный нами станок обеспечивает требуемые режимы резания и точность обработки. Патрон типа ПЗКП-315.Ф8.95 обеспечивает центрирование заготовок самоустанавливающимися кулачками и дополнительно самоустановку кулачков по заготовке при обработке ее в центрах. Зажим и разжим заготовок в патроне производится от гидравлического привода, устанавливаемого на заднем конце шпинделя станка.

На наладке покажем вид в плане и вид сбоку детали в патроне на станке, захватное устройство относительно детали, а также реализацию теоретической схемы базирования и закрепления на токарном станке с обозначением опорных центров, прижимов патрона и губок захватного устройства. Проставим основные размеры детали и размеры, определяющие координатное положение губок захватного устройства.

8.3 Расчет и проектирование транспортера-накопителя и разработка наладок размещения на нем заготовок

На основе конструктивных параметров обрабатываемой детали, техпроцесса обработки и выбранного токарного станка с ЧПУ по материалам [10] выберем модель и типоразмер тактового транспортера-накопителя. Учитывая конструктивные параметры обрабатываемой заготовки целесообразно выбрать пластины с размерами 350×350 с грузоподъемностью 20 кг. Учитывая такт обработки деталей и возможность непрерывной работы транспортера-накопителя без смены на нем деталей оператором в течение одного часа, выбираем транспортер-накопитель с 12 пластинами. На основе этих данных выбираем модель тактового транспортера-накопителя – СТ 350. Технические характеристики занесем в таблицу 8.2.

Таблица 8.2

Технические характеристики транспортера-накопителя

Разработаем базирующие и установочные регулируемые и нерегулируемые элементы на пластине для размещения и базирования заготовок и деталей. Учитывая серийность производства и возможность быстрой переналадки на изготовление других деталей, будем использовать в качестве установочного нерегулируемого элемента базовую плиту, по Т-образным пазам которой будут перемещаться базирующие призмы. Привод, перемещающий призмы – механический – винт-гайка. Такое приспособление обеспечивает размещение обработанных деталей и их заготовок, а также возможность предварительной регулировки и переналадки.

8.4 Выбор промышленного робота для использования в РТК токарной операции

Мы принимаем, что автоматизация операции загрузки и смены обрабатываемых деталей обеспечивается применением промышленного робота в составе РТК. На основе анализа технологического процесса, конструктивных параметров деталей, разработанных схем наладок выберем промышленный робот. В нашем случае будет удобным использовать промышленный робот СМ160Ф2.05.01 [10]. Данный робот обладает всеми нужными для автоматизации операций параметрами и функциями. Выбранный нами робот обладает пятью степенями свободы, что позволяет осуществлять захват заготовки в любом месте максимально приближенным к центру тяжести заготовки, т.е. является широко применимым, что позволяет использовать его в среднесерийном производстве с нередкой сменой ассортимента выпускаемых деталей. Данный робот имеет возможность обслуживать несколько станков, что приемлемо для серийного производства, где штучное время немалое, и оно будет обеспечивать возможность многостаночного обслуживания роботом. Грузоподъемность робота позволяет перемещать детали до 160 кг. Наличие двух рук робота дает возможность сократить время обслуживания практически в два раза. Также робот обладает достаточно высокой точностью позиционирования, большим диапазоном и высокой скоростью перемещений, как угловых, так и линейных. Технические характеристики робота занесем в таблицу 8.3

Таблица 8.3

Технические характеристики робота СМ160Ф2.05.01

8.5 Расчет захватного устройства и разработка конструкции его размещения на руке промышленного робота

Необходимо произвести расчет захватного устройства. Вследствие того, что заготовки до и после обработки на станке имеют разные массы и конфигурации, расчет необходимо производить для каждого этапа обработки, что является трудоемким и длительным процессом. Поэтому в данном случае мы произведем расчет для заготовок, которые еще не прошли токарную обработку (которые загружают с транспортера накопителя), но все неточности и погрешности мы учтем при введении коэффициента, учитывающего увеличение нагрузки Кд.

Расчет захватного устройства произведем в четыре этапа, используя данные [10], [12].

1. Произведем расчет и реакций в губках.

Определим точку центра тяжести для каждой заготовки по формуле:

, (8.1)

гдесi – точка центра тяжести простой фигуры,

mi – масса простой фигуры,

n – количество простых фигур, на которые разбита заготовка.

Данные занесем в таблицу 8.4.

Определим точки приложения сил и реакции в губках для каждой детали (Рис.8.1):

точки приложения сил и реакции в губках

Рис.8.1

Рассчитаем нагрузки и реакции в губках по формулам:

, (8.2)

гдеl – ширина губок,

с – расстояние от центра тяжести заготовки до ближайшей реакции,

Q – вес заготовки (mg).

Данные занесем в таблицу 8.4.

2. Рассчитаем силы воздействия губок на деталь.

Составим схему сил, действующих на деталь (Рис.8.2)

Схема действующих на деталь сил

Рис.8.2

Рассчитаем силы воздействия губок на деталь по формуле:

, (8.3)

гдеφi – угол между проекцией на плоскость и силой Ni,

kтр=0,14 – коэффициент трения между губками и заготовкой.

Данные занесем в таблицу 8.4.

3. Рассчитаем усилия привода.

Определим моменты и силы привода захватного устройства (Рис.8.3).

Схема захватного устройства

Рис.8.3

, (8.4)

гдеη=0,95 – КПД,

β=8º – угол клина,

ρ=1º10' – приведенный угол трения на подшипниках качения,

k – количество губок захватного устройства,

Мk – момент сил на губке,

, (8.5)

гдеai, ci, – конструктивные параметры захватного устройства.

Для исключения потери жесткости крепления детали в захватном устройстве от влияния динамических нагрузок усилие на приводе увеличим, умножая на коэффициент Кд=4. Данные занесем в таблицу 8.4.

4. Определим конструктивные параметры привода и захватного устройства в целом. В зависимости от сил зажима детали губками и силы привода, полученных в результате расчетов, назначаем конструктивные параметры захватного устройства с приводом. Определим диаметр поршня и диаметр штока. Данные занесем в таблицу 8.4.

Крепление захватного устройства к руке робота будет происходить посредством резьбового соединения М24.

Таблица 8.4

Параметры захватного устройства

8.6 Компоновка средств автоматизации загрузки и транспортной системы совместно с используемым токарным оборудованием

На основе полученных результатов, используя [11], [12], подготавливаем общий вид робототехнического комплекса.

На чертеже общего вида покажем вид в плане РТК, а также дополнительно виды и сечения для пояснения чертежа (см. приложение). Транспортер-накопитель размещаем перед станком слева так, чтоб ось заготовки, находившейся на транспортере-накопителе и ожидавшей обработки, была параллельна оси обрабатываемой заготовки. Промышленный робот размещаем перпендикулярно оси обрабатываемой заготовки. Это дает нам следующие преимущества. Благодаря такой компоновке, занимаемая площадь оборудованием уменьшается (компактное расположение), а также увеличивается количество технологического оборудования, которое может обслужить промышленный робот, если оно будет компоноваться аналогично. Вследствие параллельности осей обрабатываемой и ожидающей обработки заготовок, исключаются лишние движения, которые необходимо совершить роботу, чтоб придать вновь обрабатываемой заготовки требуемое положение в пространстве. А это упрощает программу робота и ее изготовление. Также при такой компоновке обеспечиваются условия соблюдения техники безопасности, удобства обслуживания и эксплуатации оборудования, т.е. доступность оператора и наладчика узлов станка и средств автоматизации загрузки в период наладки и обслуживания оборудования. Данное компоновочное исполнение средств автоматизации загрузки в РТК удовлетворяет требованиям выполнения операций, каждой установки и каждого технологического перехода в отдельности в соответствии с технологическим процессом обработки детали.

8.7 Разработка циклограмм работы оборудования, входящего в РТК

Разработаем циклограмму работы оборудования, входящего в РТК, принимая последовательность выполнения основных и вспомогательных операций в цикле обработки деталей (см. таблицу 8.5). Для определения времени протекания этапа цикла будем использовать следующую формулу:

t=S/V, (8.6)

гдеS – путь, который проходит определенный элемент,

V – скорость прохождения данного пути.

Перед началом обработки деталей в автоматическом цикле на станке токарь вручную устанавливает заготовку в патрон и включает его систему ЧПУ, обработанную деталь забирает захватом II, вторую заготовку в захват I токарь устанавливает вручную.

Таблица 8.5.

Циклограмма работы оборудования

При последующем движении робота по порталу от стола к станку после его остановки и автоматический цикл в описанной последовательности повторяется

Данная циклограмма соответствует токарной обработке как на 20, так и на 30 операции.

9. Патентные исследования

Задача раздела – на базе патентного поиска предложить прогрессивное техническое решение (ТР) в целях усовершенствования технологической операции и сделать вывод о возможности его использования.

9.1 Обоснование необходимости патентных исследований

В качестве объекта усовершенствования операции 30 Токарной как технологической системы примем применяемый в базовом техпроцессе режущий инструмент – сверло спиральное. Выявить прогрессивные ТР, которые могут лечь в основу усовершенствованного объекта, можно в результате патентного исследования достигнутого уровня вида техники «Сверла». Использовать усовершенствованный объект можно только в том случае, если он обладает патентной чистотой в странах, где предполагается его использование. Установить, обладает ли усовершенствованный объект патентной чистотой, можно в результате его патентной экспертизы.

Для решения этих задач проведем исследования достигнутого уровня вида техники «Сверла» и экспертизу патентной чистоты усовершенствованного объекта.

На базовом предприятии на операции 30 Токарной применяют сверло спиральное по ГОСТу 10903-77.

Сверло предназначено для обработки отверстия Ø20 по 12 квалитету точности с шероховатостью Ra=6,3мкм.

Сверло спиральное, рис.9.1, изготовленное из быстрорежущей стали Р6М5, содержит режущую часть 1, шейку 2, хвостовик 3 и лапку 4.

Сверло спиральное работает следующим образом: хвостовиком 3 оно базируется и закрепляется в револьверной головке токарного станка и от нее получает главное движение резания. С помощью этого движения сверло своими режущими кромками обрабатывает отверстие заготовки.

Эскиз сверла

Рис. 9.1

9.2 Исследование достигнутого уровня вида техники «Сверла»

Главными недостатками применяемого сверла являются:

- малая износостойкость;

- большие температуры при сверлении;

- большие погрешности формы и расположения получаемых отверстий;

- неточность и большая шероховатость получаемых отверстий.

Причинами этих недостатков являются неоптимальность конструкции данного режущего инструмента и невозможность попадания СОЖ непосредственно в зону резания.

Цель исследования достигнутого уровня вида техники «Сверла» - усовершенствование исследуемого спирального сверла и нахождение таких прогрессивных ТР, которые могли бы устранить недостатки, указанные выше, путем устранения их причин.

9.2.1 Составление регламента поиска№1

Регламент поиска определяет перечень исследуемых технических решений (ИТР), их рубрику по Международной классификации изобретений (МКИ) и индекс Универсальной десятичной классификации (УДК), страны поиска, его ретроспективность (глубину), перечень источников информации, по которым предполагается провести поиск.

Сверло характеризуется конструктивными признаками – наличием элементов, их формой, материалом, размерами, взаимным расположением и взаимосвязью. Это существенные признаки при исследовании данного инструмента. Признаки способа и вещества отсутствуют. Следовательно, данный инструмент рассматриваем как устройство.

Исследуемое устройство – сверло спиральное содержит следующие ТР:

а) конструкция сверла;

б) сверление – технологический переход, положенный в основу работы сверла;

в) способ изготовления конструкции сверла.

Из выявленных ТР выбираем ИТР – такие ТР, совершенствование которых может обеспечить достижение сформулированной выше цели - устранения недостатков сверла путем устранения их причин. Это ТР «Конструкция сверла».

Для определения рубрики МКИ определяем ключевое слово – «Сверла».

По «Алфавитно-предметному указателю» т.2 [13] для ключевого слова определяем предполагаемую рубрику МКИ:

В23В51/00 – 51/ Сверла и сверлильные приспособления.

По «Указателю к МКИ» т.2 [14] уточняем рубрику МКИ Раздел В:

В23В51/02 Сверла спиральные.

Индекс УДК определяем по «Указателю к универсальной десятичной классификации» [15]:

621.9 Обработка резанием

621.951 Сверлильная обработка

В качестве стран поиска выбираем ведущие страны в области машиностроения – Россию (СССР), Великобританию, Германию, США, Францию и Японию.

Ретроспективность (глубину) поиска устанавливаем в 10 лет, полагая, что наиболее прогрессивные ТР содержатся в изобретениях, сделанных за последнее десятилетие.

В качестве источников информации принимаем патентные описания, патентные бюллетени РФ и СССР, бюллетень «Открытия, изобретения», реферативный сборник «Изобретения стран мира» соответствующих выпусков, реферативный журнал 14А «Резание металлов. Станки и инструменты», технические журналы и книги в области мехобработки.

Данные заносим в табл. 9.1 «Регламент поиска».

Таблица 9.1

Регламент поиска №1, №2

Объект: Спиральное сверло

Вид исследования: 1) Исследование достигнутого уровня вида техники; 2) Исследование патентной чистоты объекта.

9.2.2 Патентный поиск

Просматриваем источники информации в соответствии с регламентом, табл. 9.1. Выбираем такие документы, по названиям которых можно предположить, что они имеют отношение к ИТР. По этим документам знакомимся с рефератами, аннотациями, формулами изобретений, чертежами. Сведения о ТР, имеющих отношение к ИТР, заносим в табл. 9.2.

Изучаем сущность занесенных в табл.9.2 ТР по сведениям, содержащимся в таблицах, а также путем просмотра текстов патентных описаний, статей и т.п. Если из рассмотрения сущности ТР видно, что оно служит достижению той же цели, что ИТР (аналог ИТР), документ включаем в перечень для детального анализа. Запись об этом делаем в графе 5 табл.9.2.

Эскизы аналогов приведены на рис.9.2.

Эскизы аналогов

а)

б)

в)

Рис. 9.2

Таблица 9.2

Патентная документация, отобранная для анализа

9.2.3 Анализ результатов поиска

Устанавливаем, какие показатели положительного эффекта желательно получить в идеальном усовершенствованном объекте. К таким показателям будем относить:

а)показатели, обеспечивающие достижение цели усовершенствованного объекта;

б) показатели, улучшающие полезные свойства объекта;

в) показатели, ослабляющие вредные свойства объекта.

Показатели положительного эффекта заносим в табл.9.3.

Оцениваем обеспечение каждого показателя положительного эффекта каждым аналогом в баллах по группе а) – от 0 до 5 баллов, по группам б) и в) – от -2 до 2 баллов. ИТР по каждому показателю выставляем оценку 0. Оценки заносим в табл.9.3. Суммируем оценки по каждому аналогу.

Таблица 9.3

Оценка преимуществ и недостатков аналогов

Наибольшую суммарную оценку имеет аналог №1632646 (И.В.Панин, В.С. Лукьянов; СССР, Спиральное сверло, 4680538, 07.03.91). Это прогрессивное ТР принимаем для использования в усовершенствованном объекте.

9.2.4 Описание усовершенствованного объекта

Сверло предназначено для обработки отверстия Ø20 по 12 квалитету точности с шероховатостью Ra=6,3мкм.

Сверло спиральное диаметром D=20мм, рис.9.3, изготовленное из быстрорежущей стали Р6М5, содержит заднюю поверхность 1 с углом α, подточку 2 передней поверхности у оси сверла с частичной заменой (уменьшением длины) поперечной режущей кромки и коррекцией переднего угла γ на главной режущей кромке. Срез 3 затылочной части пера выполнен по винтовой поверхности, у которой прямолинейная образующая 4 касательная к радиусу R подточки 2, угол подъема ωС периферийной винтовой линии превышает угол наклона стружечной канавки ω на 10-200, а линия 5 пересечения главной задней поверхности 1 с винтовой поверхностью среза 3 затылочной части расположена на расстоянии b, равном 0,2-0,3 диаметра сверла D от периферийных точек главных режущих кромок.

Эскиз усовершенствованного сверла

Рис. 9.3

Сверло спиральное работает следующим образом: хвостовиком оно базируется и закрепляется в револьверной головке токарного станка и от нее получает главное движение резания. С помощью этого движения сверло своими режущими кромками обрабатывает отверстие заготовки.

Проведенные в производственных условиях испытания показали, что применение быстрорежущих сверл с предлагаемой геометрией повышает стойкость в 2-2,5 раза.

9.3 Исследование патентной чистоты усовершенствованного объекта

Целью экспертизы патентной чистоты объекта является установление его использования.

9.3.1 Составление регламента поиска №2.

Из выявленных при составлении регламента поиска №1 ТР выбираем ИТР в зависимости от:

а) объема выпуска объекта, его стоимости и значимости ТР для объекта в целом.

Учитывая, что сверло является объектом серийного производства, несмотря на относительно невысокую стоимость объекта считаем необходимым исследовать все ТР п.9.2.1.

б) сроков известности ТР.

Предварительное знакомство с патентной документацией показало, что в ведущих странах регулярно патентуются конструкции сверл. Поэтому это ТР оставляем в перечне для исследования.

В качестве страны поиска принимаем Россию (СССР), где будет изготовляться и использоваться объект.

Ретроспективность (глубину) поиска устанавливаем в 20 лет – срок действия патентов в РФ.

Рубрики МКИ и УДК, перечень источников информации остаются теми же, что и в регламенте №1.

Данные заносим в табл.9.1.

9.3.2 Патентный поиск

Просматриваем источники информации в соответствии с регламентом №2, табл. 9.1. Сведения о ТР, имеющих отношение к ИТР, дополнительно заносим в табл. 9.2.

Отбираем аналоги ИТР и включаем их в перечень для детального анализа. Запись об этом делаем в графе 6 табл.9.2.

9.3.3 Анализ результатов поиска

Выявляем существенные признаки усовершенствованного объекта и группируем их.

Заносим признаки группы а) элементы, б) форма элементов, в) взаимное расположение элементов в табл.9.4.

Таблица 9.4

Существенные признаки ИТР «Сверло»

Проверяем наличие каждого из признаков ИТР в каждом аналоге. Наличие признака отмечаем знаком «+», отсутствие – «–». Дополнительные признаки аналогов также заносим в таблицу, а отсутствие их у ИТР отмечаем знаком «–».

Сопоставляем совокупности признаков группы а) «элементы» ТР, защищенных действующими патентами, и ИТР (табл.9.4). Видим, что заявка СССР №1632646 содержит признаки, использованные в ИТР. Следовательно, ИТР подпадает под действие этой заявки.

Аналогичным образом анализируем признаки группы б) «форма элементов» и в) «взаимное расположение». Видим, что заявка СССР №1632646 содержит признаки, использованные в ИТР. Следовательно, ИТР подпадает под действие этой заявки. Таким образом, объект «сверло спиральное» не обладает патентной чистотой в отношении России.

Усовершенствованное спиральное сверло не обладает патентной чистотой по России, т.к. является запатентованной с 1991 г. Следовательно, чтобы выпускать и эксплуатировать сверло в России надо приобрести лицензию на производство у авторов патента.

10. Научные исследования

Базовая токарная операция 30 техпроцесса обработки детали «цанга Tanline» имеет неоптимальные режимы резания, так как не учитываются некоторые особенности сверления данной детали.

Цель научного исследования – оптимизация режимов резания сверлильного перехода токарной операции путём применения методов математического моделирования.

10.1 Описание перехода

Операция сверления техпроцесса обработки цанги Tanline включает в себя сверление отверстия ø 20 (рис. 10.1).

Операционный эскиз.

Рис. 10.1

Переход выполняется в один проход горизонтальной подачей сверла ø20.

Заготовка детали – штамповка из стали 19ХГН.

Режущий инструмент – сверло спиральное усовершенствованное (п.9.2.4) ø 20 Р6М5.

Минимальная стойкость сверла – 120 мин.

Оборудование – токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3 с характеристиками:

· частота вращения шпинделя: 34…1500 об/мин.

· подача шпинделя: 0,06…1,8 мм/об.

· мощность электродвигателя: 10 кВт.

· масса: 4 т.

Режимы резания:

· скорость вращения сверла: 12,2 м/мин.

· подача шпинделя минутная: 40,3 мм/мин.

Основное время обработки: τо= 1,25 мин.

Глубина резания: 60 мм.

Сверлильный переход обеспечивает требования точности и шероховатости поверхностей, но в то же время производительность операции достаточно мала.

10.2 Ограничение режимов резания по различным параметрам.

10.2.1 Ограничение по кинематике оборудования.

Частоты вращения шпинделя станка n = 34…1500 об/мин.

Подача шпинделя S = 0,06…1,8 мм/об.

Скорость вращения сверла рассчитывается по формуле:

, (10.1)

Smin = 0,06 мм/об.; Smax = 1,8 мм/об.

Для удобства составления графиков S = f (V) примем логарифмическую систему координат.

Прологарифмировав полученные значения, имеем:

lg υmin = lg 2,455 = 0,39

lg υmax = lg 108,38= 2,035

lg Smin = lg 0,06 = -1,222

lg Smax = lg 1,8 = 0,255

Приняв, что lg S = x1, lg υ = x2, получаем систему уравнений:

На рис. 10.2 закрашенный прямоугольник позволяет получить допустимые скорость резания и подачу в логарифмических координатах по первому ограничению.

Первое ограничение

Рис. 10.2

10.2.2 Ограничение по мощности привода главного движения станка.

Мощность станка (практическая) определяется по формуле:

, (10.2)

где Nэф – мощность резания, определяемая так [6]:

, (10.3)

где Mкр – крутящий момент при сверлении;

η – КПД станка, η = 0,895.

Крутящий момент рассчитывается по формуле [6]:

, (10.4)

где См – коэффициент, при сверлении стали 19ХГН быстрорежущей сталью равен 0,0345;

D – диаметр сверления, D = 20 мм.;

S – подача;

Км.р. – коэффициент, учитывающий материал заготовки, в данном случае равный ;

y, q – коэффициенты, соответственно равные 0,8 и 2,0.

Проделаем различные преобразования:

(10.5)

В п.10.1 сказано, что мощность станка равна 10 кВт., следовательно, имеем:

13 ≥ 0,317ּ S0,8ּ υ

S0,8ּ υ ≤ 41,01,

Прологарифмировав, имеем:

0,8 lg S + lg υ ≤ 1,613.

Так как lg S = x1, lg υ = x2, то получаем:

0,8 х1 + х2 ≤ 1,613

х2 ≤ 1,613 – 0,8 х1

Второе ограничение

Рис. 10.3

По рис. 10.3 можно определить допустимые скорости резания и подачу в логарифмических координатах по второму ограничению (закрашенная область).

10.2.3 Ограничение по шероховатости обрабатываемой поверхности.

Шероховатость вычисляется по эмпирической формуле [10]:

(10.6)

Для обеспечения заданного качества шероховатость после сверления должна быть равной 6,3 мкм.

Имеем:

Подставим заданные величины, имеем:

,

Прологарифмировав последнее неравенство, получим:

Подставив х1 и х2 вместо lg S и lg υ, имеем:

0,12 х1 + 0,41 х2 ≤ -0,1439

Третье ограничение

Рис.10.4

На рис. 10.4 в закрашенной области – допустимые параметры в логарифмическом виде по третьему ограничению.

10.2.4 Ограничение по стойкости инструмента.

Скорость сверления рассчитывается по формуле [6]:

(10.7)

где Сυ, q, m, y – коэффициенты, находящиеся по табл. 28 [6, стр. 278];

Т – стойкость сверла.

(10.8)

где Кmυ – коэффициент на обрабатываемый материал;

Кuυ – коэффициент на инструментальный материал;

Кlυ – коэффициент, учитывающий глубину сверления.

(10.9)

Из формулы (2.6) выведем формулу для расчёта стойкости:

(10.10)

Имеем:

Прологарифмировав, получим:

0,2 lg T = lg 22,67 – lg υ – 0,5 lg S

Минимальная стойкость сверла должна быть равна 120 мин.

0,2 lg 120 ≤ lg 22,67 – lg υ – 0,5 lg S

Подставив вместо lg S x1 и вместо lg υ – x2, имеем:

0,4158 ≤ 1,3555 – х2 – 0,5х1

Окончательно выводим ограничение по стойкости:

х2 + 0,5 х1 ≤ 0,9397

Четвертое ограничение

Рис.10.5

По рис. 10.5 можно определить допустимые скорость резания и подачу по четвёртому ограничению (заштрихованная область).

Этих ограничений достаточно, чтобы определить оптимальные значения режимов резания.

10.3 Определение целевой функции

Цель работы – повышение производительности путём назначения оптимальных режимов, следовательно, целевой функцией будет производительность.

Производительность определим по формуле [3]:

(10.11)

где tмаш – основное машинное время, определяемое по формуле:

(10.12)

где Lp.x. – длина рабочего хода; Lp.x. = 150 мм.

- минутная подача.

В итоге имеем формулу для расчёта производительности:

(10.13)

Прологарифмировав, получим:

lg W = lg 0,21 + lg S + lg υ

Заменяя lg W = Z – целевая функция, lg S = x1 и lg υ = x2, будем иметь тождество:

Z = x1 + x2 – 0,6778

Целевая функция найдена. Надо стремиться к тому, чтобы Z → ∞.

Оптимальные значения найдём методом графической оптимизации, а потом проверим полученные значения симплекс-методом.

10.4 Оптимизация режимов резания графическим методом

На рис. 10.6 построим ограничение и увидим область оптимальных значений скорости и подачи в логарифмических координатах.

Из графика (рис. 10.6) видно, что оптимальными точками из всей области значений являются точки А и Б. Теперь надо узнать, какая из них будет наиболее оптимальной, т.е. производительность в ней больше. Очевидно, что это точка Б. Найдём её координаты, составив систему уравнений, и, тем самым, узнаем оптимальные значения скорости резания и подачи в логарифмических координатах.

(10.14)

Чтобы найти координаты т.Б надо решить систему (10.14) из двух уравнений, т.к. т.Б является пересечением графиков этих уравнений. Решим систему методом подстановки.

х2 = 0,9397 – 0,5х1

0,12 (0,9397 – 0,5х1 ) + 0,41х1 = - 0,1439

0,35х1 = -0,2567

х1 = -0,7334

х2 = 0,9397 – 0,5·(-0,7334) = 1,3064

Следовательно,

lg S = -0,7334, lg υ = 1,3064

S = 10 -0,7334 = 0,18 мм / об

υ = 10 1,3064 = 20,25 мм / об

Графический метод оптимизации

Рис.10.6

Имеем оптимальные значения:

S = 0,18 мм/об.; υ = 20,25 м/мин.

Минутная подача тем самым будет равна:

Основное время обработки:

Следовательно, время обработки снизилось в 1,2 раза (на 0,31мин.), а производительность в то же время во столько же раз увеличилась.

10.5 Оптимизация режимов резания с помощью симплекс-таблиц

Выбираем три ограничения, наиболее близких к точке Б (рис.10.6) и сведём их в систему неравенств:

(10.15)

(10.16)

Целевая функция:

Zmax = х1 + х2 – 0,6778

Теперь преобразуем систему неравенств (10.16) в систему уравнений, добавляя при этом единичную матрицу.

(10.17)

Целевая функция будет иметь вид:

Zmax = 1х1 + 1х2 + 0х3 + 0х4 + 0х5 – 0,6778

Определим чему равны х3, х4, х5 из системы уравнений (10.17) и найдём Zmin.

(10.18)

Zmin = 0,6778 – х1 – х2 = 0,6778 – (х1+х2)

Полученные значения записываем в симплекс-таблицу (10.19)

p

Теперь надо добиться того, чтобы в последней строке таблицы (10.19) не было положительных значений, не считая столбец свободных членов, вводя новые симплекс-таблицы и решая их симплекс-методом. В таблицах: p и q соответственно направляющая строка и столбец, на их пересечении – направляющий элемент.

р

q

В последней строке таблицы (10.21) нет положительных элементов, кроме свободного члена, следовательно, оптимальные значения найдены. Они равны: х2 = 1,307; х1 = -0,734. Эти значения совпадают со значениями, найденными графическим методом, поэтому оптимизация закончена.

Вывод

Использование специальной литературы и материалов научных исследований, а также применение методов математического моделирования позволили внести в токарную операцию обработки цанги Tanline усовершенствование режимов резания.

В результате оптимизации режимов резания повысилась производительность операции в 1,2 раза, следовательно, в реальном производстве это принесло бы положительный экономический эффект.

11. Расчет и проектирование участка механической обработки детали

11.1 Расчет необходимого количества оборудования

Деталь – цанга «Tanline», предназначена для установки и закрепления заготовок при механической обработке. Работает при умеренных динамических нагрузках. Цанга изготовлена из стали 19ХГН ТУ 14-1-2252-84. Годовая программа выпуска 10000 штук, при двухсменном режиме работы. Среднесерийное производство.

Таблица 11.1

Определение штучного времени проектного варианта

Таблица 11.2

Определение штучного времени базового варианта

При определении количества оборудования необходимо определить действительный фонд времени оборудования Fд.о. и соответствующий ему такт производства t.

Действительный фонд времени работы оборудования, принимаемый при расчетах для соответствующего режима работы определим по формуле:

, (13.1)

где Вр – коэффициент потерь времени на ремонт оборудования, Вр=7%;

Фн – номинальный фонд времени работы оборудования, определяемый по формуле:

, (13.2)

Дк – число календарных дней в году, Дк=365;

Пр – число праздничных дней в году, Пр=11;

Вс – число воскресных дней в году, Вс=52;

Сб – число субботних дней в году, Сб=52;

Тсм – длительность рабочей смены, Тсм=8ч;

Дпр – количество предпраздничных дней, Дпр=9;

Тпр – время, на которое сокращается предпраздничный день, Тпр=1ч;

С – количество смен в сутки, С=2.

Фн=((365-11-52-26)·480 - 9∙1)∙2=4398 ч

Фд=4398(1-0,07)=4090 ч.

Годовая программа запуска равна:

, (13.3)

где Пг – годовая программа выпуска, Пг=10000;

Зч – процент деталей, уходящих в запчасти, Зч=15%;

Бр – процент потерь деталей в брак, Бр=2%.

Пг.зап=10000(1+0,15)(1+0,02)=11730 дет.

Такт выпуска будет равен:

(13.4)

Для расчета количества станков, требуемых для выполнения операций Sрасч, необходимо определить станкоемкости операций tc. = tшт, где tшт – штучное время.

Sрасч= tшт / t (13.5)

Результаты внесем в таблицы 13.3 и 13.4

Полученные малые значения количества станков означают, что их необходимо догрузить другими видами продукции. Догрузка оборудования находится по формуле:

Nдог = (Sпр∙Кисп – Sр) · Фд · 60 / Тшт · Ку , (13.6)

где Ку =1,05 - коэффициент увеличения штучного времени.

Кисп = 0,95

Результаты расчётов сведём в таблицу 11.5.

Таблица 11.3

Число единиц основного оборудования проектного варианта

Таблица 11.4

Число единиц основного оборудования базового варианта

Проводим заново расчёт необходимого количества оборудования по формуле:

Sр = Тшт · (Nr + Nдог) / Фд · Квн · 60 , (13.7)

Результаты расчётов занесем в таблицу 11.5.

Таблица 113.5

Догрузка оборудования для проектного варианта

Коэффициент загрузки оборудования определяется как отношение расчётного числа к проектируемому:

Кз = Sp / Sпр (13.8)

Из ниже приведённой таблицы видно, что коэффициент загрузки будет равен расчётному числу станков.

Средний коэффициент загрузки оборудования будет составлять 0,848.

Теперь по найденным значениям загрузки оборудования строим график нагружения оборудования на листе графической части «План участка».

Число единиц вспомогательного оборудования на участке определяется в зависимости от числа станков основного оборудования (12 % от Sобщ.).

Таблица 11.6

Число единиц вспомогательного оборудования проектного варианта

11.2 Расчет численности работающих

Промышленно – производственный персонал цеха (участка) состоит из производственных и вспомогательных рабочих, инженерно – технических работников (ИТР), служащих и младшего обслуживающего персонала (МОП).

Общее число производственных рабочих определим по формуле:

Р = Т / Фр, (13.9)

где Т – трудоемкость годового выпуска изделий в часах;

Т = N × å tшт / 60, (13.10)

Т =11730× (2,68+3,48+2,09+5,48+0,55+0,39+0,39+1,3+1,43+1,3+ 1,96+3,68) / 60 = 4835 час,

Фр – действительный годовой фонд времени работы рабочего, Фр= 1731 час.

Р = 4835/1731 = 3 чел.

Примем на каждый станок по три рабочему оператору 4-го разряда. Общее число рабочих операторов на проектном и базовом вариантах будет равно:

Робщ=Ррасч·(1+Во /100) ·С, (13.11)

где Во=12% - процент времени, необходимый на отпуск или по причине болезни.

Робщ=13·(1+12 /100)=14 чел.

Состав и численность остальных рабочих определим в зависимости от числа производственных рабочих. Данные заносим в табл. 11.7

Таблица 11.7

Численность рабочих всех категорий.

11.3 Определение площади участка

Площадь участка по своему назначению подразделяется на производственную и вспомогательную. К производственной относится площадь, отведенная под производственное оборудование, включая места для рабочих, хранения деталей и заготовок, рабочие места для слесарных операций, технического контроля, средств наземного транспорта, проходы и проезды между рядами оборудования.

К вспомогательной площади относится территория участка, занятая вспомогательными службами, а также магистральными и пожарными проездами.

При укрупненном проектировании производственную площадь цеха определяем по удельной площади, необходимой для размещения станков в зависимости от их массы. Величину удельной площади, приходящейся на один станок, берем из [16].

Sпр. = Sуд. × Sобщ. (13.12)

Sпр. = 25 × 14 = 350 м2

Размеры вспомогательной площади участка определим, исходя из норм для расчета площадей вспомогательных служб.

- помещение ОТК (5% от станочной площади) - 18 м2

- склад вспомогательных материалов (0.2 м2 на один станок) – 2,6 м2

- склад материалов и заготовок (10 % от станочной площади) – 35 м2

- площадь для хранения стружки: 5 м2

- заточное отделение (10 м2 на один заточный станок) – 10 м2

- мастерская по ремонту инструмента и оснастки – 20 м2

- инструментальная кладовая (0.5 м2 на один станок) – 6,5 м2

- кладовая приспособлений (0.2 м2 на один станок) – 2,6 м2

Итого: общая вспомогательная площадь Sвсп= 100 м2

Тогда общая площадь участка:

Sобщ. = Sпр.+ Sвсп. (13.13)

Sобщ. = 350 + 100 = 450 м2.

11.4 Компоновка механического цеха

Металлорежущие станки в механических цехах располагаются в порядке последовательности выполнения технологического процесса.

При размещении оборудования необходимо стремиться к соблюдению принципа прямоточности, который обеспечивает кратчайшие пути движения деталей и заготовок и не создает возвратных движений, при которых усложняется передача деталей от станка к станку. Необходимо обеспечить безопасность и удобство работы, и в то же время экономно использовать производственную площадь.

Станки в механических цехах располагают преимущественно вдоль пролета, при этом экономится площадь, удобно использовать подвесной транспорт, мостовые краны. Расстояния между станками должны приниматься с учетом ширины каналов для уборки стружки, транспортных средств, конфигурации и глубины заложения фундаментов колонн, стен, станков, если последние установлены на отдельных фундаментах.

Нормативы расстояний между станками, от стен и колонн здания, а также нормы ширины магистральных проездов приведены в [17].

Компоновка механического участка по обработке данной детали представлена в графической части.

12. Безопасность и экологичность проекта

12.1 Описание рабочих мест, оборудования и выполняемых операций

Рассматривается производство детали – цанга Tanline достигает в проектируемом варианте 10000 деталей в год при двусменном режиме работы. Поэтому механическая обработка цанги Tanline ведется при невысокой автоматизации труда: основные трудоемкие операции выполняются на станках с ЧПУ и автоматических станках (токарная обработка (точение наружных и внутренних поверхностей, подрезка торцев, сверление), фрезерование шпоночных пазов, шлифовальные операции (шлифование наружных и внутренних поверхностей). Помимо металлорежущего оборудования в комплекс входят: контрольная установка, моечная машина, сушильная установка. В процессе предусмотрены быстросменное крепление инструмента, наладка его вне станков и хранение в инструментальных шкафах, устройства для сигнализации о поломке инструмента и автоматический контроль деталей.

Для смазки и охлаждения зоны резания применяем на станках режущей группы индустриальные масла с серосодержащей присадкой (ИС 12 - 80% и ЛЗ-26-СО - 20%). В присадках СОЖ содержатся 3-5% серы и 0.7-1.5% хлора.

Загрузка и транспортировка деталей между станками осуществляется с помощью загрузочно-разгрузочных устройств и транспортных потоков.

Таблица 12.1

Краткая характеристика проектируемого варианта.

Проектируемое производство носит характер среднесерийного производства. Поэтому максимальной автоматизации в разрабатываемом варианте не требуется. Но в настоящее время существует необходимость в гибкости автоматизации. Поскольку возрастающие запросы рынка на изменения, как самой продукции, так и ее стоимости поставили перед производителем новые задачи, такие как увеличение производительности, улучшение условий труда за счет внедрения более прогрессивных методов обработки (увеличение стойкости инструмента, увеличение режимов обработки, скорости, подачи), которые трудновыполнимы при жесткой автоматизации. На используемом в проекте оборудовании, станках с числовым программным управлением и на широкоуниверсальных станках будет вестись обработка и других деталей, значит, оборудование может располагаться не в строгом соответствии ходу технологического процесса. Расстояние между станками соответствует санитарно – гигиеническим нормам: ширина переходов равна одному метру, для движения погрузчиков предусмотрены проезды шириной три метра.

Но по наличию опасных и вредных производственных факторов проектируемое производство может превосходить существующее.

В данном проекте мы совершенствуем токарную операцию, а именно процесс сверления центрального отверстия. В базовом, заводском варианте мы проводили сверление на токарно-винторезном станке с ЧПУ DFS2/2 сверлом Р6М5. Недостатком данной операции была низкая стойкость сверла (Т=60мин.), что приводило к частым переточкам и как следствие к низкой производительности данной операции.

В проектном варианте сверление проводится на токарно-винторезном станке с ЧПУ16К20Ф3 усовершенствованным сверлом Р6М5 с увеличенным периодом стойкости (Т=120 мин.) с последующей токарной обработкой.

12.2 Опасные вредные производственные факторы (ОВПФ) рассматриваемого производственного объекта

12.2.1 Опасность травмирования рабочих объектами производственного процесса

Источники опасности и вредности, возникающие при обработке детали – цанга Tanline:

- электродвигатели металлорежущих станков, так как может произойти поражение электрическим током;

- на операциях сверление и шлифование опасным фактором является вращающийся инструмент, так как может произойти захват одежды, волос, конечностей при нарушении правил безопасной эксплуатации;

- смазочно-охлаждающая жидкость, применяемая на всех операциях резания - из-за возможности ее возгорания;

- СОЖ, содержащая в своем составе серу и хлор, так как происходит частичное испарение в процессе резания;

- пыль и абразивная стружка, образующаяся при шлифовании, из-за возможности заболевания рабочих, загрязнения окружающей среды;

- испарение моющего раствора из-за негерметичности камер моечных машин - создание повышенной влажности воздуха.

12.2.2 Возможность загрязнения воздушной среды производственных помещений аэрозолями и токсичными веществами

Обработка резанием цанга Tanline происходит с применением смазочно-охлаждающие жидкости, отчего воздух загрязняется аэрозолями (туманами) этих веществ, а так же металлической пылью.

Вредные вещества из воздуха проникают в организм человека главным образом через дыхательные пути, а также через кожу и оказывают токсическое действие на организм человека, вызывая раздражение слизистых оболочек дыхательных путей. В процессе обработки образуется железная пыль, которая, попав в лёгкие, оседает там. В результате воздействия вредных веществ могут возникнуть профессиональные заболевания.

Поэтому, в цехе и, особенно у шлифовального оборудования, необходимо улавливание аэрозолей и пыли с помощью вентилятора, отсасывающего загрязнённый воздух по трубопроводам к пыле-, газоочистной установке, в качестве которой можно использовать электрофильтр, основанный на ионизации газовых молекул в электрическом поле высокого напряжения.

12.2.3 Неблагоприятные параметры микроклимата рабочих мест и производственных помещений

В соответствии с ГОСТ 12.1.005 – 88 устанавливаем оптимальные и допустимые метеорологические условия для рабочей зоны помещения. Оптимальная температура воздуха 18¸22°С; оптимальные величины относительной влажности составляют 40¸60 %; скорость движения воздуха в зимнее время не должна превышать 0.2¸0.5 м/с, летом - 0.2¸1.0 м/с.

Необходимо поддерживать постоянство данных параметров микроклимата, т.к. их колебания могут привести к возникновению простудных заболеваний, заболеваний дыхательных путей и сердечно-сосудистой системы работника.

12.2.4 Недостаточное естественное и искусственное освещение

Правильно спроектированное и выполненное освещение на машиностроительных предприятиях обеспечивает возможность нормальной производственной деятельности. Недостаточное освещение отрицательно влияет на работников. Оно ухудшает зрение и состояние нервной системы человека. Кроме того, от освещения зависит производительность труда и качество продукции. Следовательно, его недостаток может привести к ухудшению производственного процесса.

На проектируемом участке отсутствует естественное освещение, поэтому искусственное освещение, осуществляемое электрическими лампами, в целях создания наилучших условий видения, должна отвечать следующим требованиям.

а) освещённость на рабочем месте должна соответствовать характеру зрительной работы, который определяется объектом различения, фоном, контрастом;

б) необходимо обеспечить достаточно равномерное распределение яркости на рабочей поверхности, а также в пределах окружающего пространства.

12.2.5 Наличие заземления

Опасность поражения людей электрическим током может возникнуть в случае прикосновения к частям электроустановки или оборудования, нормально не находящимся под напряжением, но с возможностью оказаться под ним при замыкании на корпус электрооборудования. Для обеспечения безопасности электроустановки оборудуются защитой, которая может быть в виде защитного заземления. Опасность поражения людей электрическим током может возникнуть в случае прикосновения к частям электроустановки или оборудования, нормально не находящимся под напряжением, но с возможностью оказаться под ним при замыкании на корпус электрооборудования. Для обеспечения безопасности электроустановки оборудуются защитой, которая может быть выполнена в виде защитного заземления, сопротивление которого не должно превышать нормированной величины Rm = 4 Ом.

12.2.6 Наличие вибрации, шума

Причиной возбуждения вибраций являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия. Источником их могут быть кривошипно-шатунные механизмы, гидравлические удары при разрыве и т.д. различают общую и локальную вибрации. Общая вызывает сотрясение всего организма, местная вовлекает в колебательное движение отдельные части тела.

Эффективным средством защиты от вибрации является виброизоляция. Она является наиболее эффективным методом снижения общей вибрации на рабочих местах, а также виброзащиты оборудования и приборов. Между источником вибрации (машиной) и защищаемым объектом (человеком, фундаментом) помещают упругие элементы - амортизаторы, препятствующие передаче колебаний. Это могут быть простейшие резиновые амортизаторы в форме цилиндров, колец или призм. Данный способ защиты должен учитываться при монтаже разрывной установки.

На предприятии наносит большой вред организму человека шум. Согласно СНиП 23-05-95 шумом называется всякий нежелательный для человека звук. Динамический диапазон звуков, воспринимаемых человеком, простирается от порога слышимости (0 дБ) до порога болевых ощущений (130 дБ). Под воздействием продолжительного громкого шума развивается тугоухость, а иногда и полная глухота. Под влиянием сильного шума (90 - 100 дБ) притупляется острота зрения, появляются головные боли и головокружение, повышается кровяное артериальное давление, что может привести к гипертонии, гастриту и другим болезням.

Основные источники шума на участке – гидроприводы, шум от удара при разрыве, электродвигатели, зубчатые и ременные передачи, подшипники, особенно при наличии износа, перекосов и дисбаланса движущихся частей, а также сам процесс резания и вибрации технологической системы ЗИПС.

Для снижения шума можно применить следующие методы: уменьшение шума в источнике; рациональная планировка предприятий и цехов; акустическая обработка помещений; уменьшение шума на пути его распространения и, самое главное, регулярная проверка и наладка оборудования для устранения шумов, возникающих в процессе износа оборудования.

Аэродинамические шумы на участке являются главной составляющей шума вентиляторов, воздуходувок. Наиболее эффективной мерой борьбы с шумов вентиляторов является снижение окружной скорости и размеров рабочих колёс. Мощным источником аэродинамического шума является свободно истекающая струя. Для снижения шума струи используют многотрубные сопла или сетки, разбивающие струю.

Гидродинамические шумы возникают вследствие стационарных и нестационарных процессов в жидкостях (кавитации, турбулентности потока, гидравлических ударов). Меры борьбы с таким шумом - это улучшение гидродинамических характеристик насосов и выбор оптимальных режимов их работы.

Электромагнитные шумы возникают в электрических машинах и оборудовании. Снижение такого шума осуществляется путём конструктивных изменений в электрических машинах, например, путём изготовления скошенных пазов якоря ротора. В трансформаторах необходимо применять более плотную прессовку пакетов, использовать демпфирующие материалы.

При планировании участка изготовления шатунов учитывались данные вредные факторы, поэтому на момент монтажа они были сведены к минимуму, отклонения от нормы происходят в процессе износа оборудования и устраняются путем систематической подналадки.

12.3 Организационные, технические мероприятия по созданию безопасных условий труда

12.3.1 Расчет вентиляции

Проведем расчет необходимого количества воздуха для цеха методом кратности воздухообмена К, применяемый для ориентировочных расчетов, когда не известны виды и количества выделяющихся вредных веществ [18].

- отношение воздухообмена, создаваемого в помещении, к внутреннему объему помещения. Показывает, сколько раз в течении часа весь объем помещения заполняется вводимым в помещение приточным воздухом.

м3 – объем помещения (12.1)

Для определения воздухообмена из условия удаления из помещения углекислоты СО2 используют формулу:

м3/ч.- воздухообмен (12.2)

где G =30 л/ч – количество углекислоты, выделяющейся в помещении, при легкой физической работе,

X1 = 0,6 л/м3 – концентрация СО2 в наружном (приточном) воздухе для города,

X2 = 1 л/м3 – допустимая концентрация СО2 в воздухе помещения с постоянным пребыванием людей.

Тогда,

(12.3)

где N – кол-во рабочих, занятых в работе.

Количество приточного воздуха должно быть не менее 30 м3/ч на одного человека, при объеме помещения, приходящегося на него, менее 20 м3 . Если естественное проветривание невозможно, то в такие помещения нужно подавать не менее 60 м3/ч на одного человека.

Также участок снабжен двумя вытяжными шкафами, и объем воздуха, удаляемого ими при отсутствии тепловыделений внутри шкафов, определяется по формуле:

м3, (12.4)

где N = 2 – кол-во вытяжных шкафов,

Vш =1.5 м/с – скорость воздуха при ПДК < 10 мг/м3

м2 – площадь открытого проема.

Таким образом, можно заключить, что вентиляция помещения соответствует санитарно – гигиеническим нормам.

12.3.2 Определение категории помещения по пожаро- и взрывоопасности

Проектирование и эксплуатация всех промышленных предприятий регламентируется «Строительными нормами и правилами» (СНиП ׀׀-90-81, СНиП ׀׀-2-80), «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ-76), а также «Типовыми правилами пожарной безопасности для промышленных предприятий (1975 г.)». В соответствии со СНиП ׀׀-2-80 все производства делят по пожарной, взрывной и взрывопожарной опасности на категории А, Б, В, Г и Д. Категория производства по пожарной опасности в значительной степени определяет требования к зданию, его конструкциям и планировке, организацию пожарной охраны и ее техническую оснащенность, требования к режиму и эксплуатации. Поэтому вопрос отнесения производства к той или иной категории является исключительно важным.

В данном случае проектируемое предприятие относится к категории Д – это производства, в которых обрабатываются негорючие вещества а материалы в холодном состоянии.

12.4 Антропогенное воздействие объекта на окружающую среду и мероприятия по экологической безопасности

12.4.1 Возможность причинения ущерба окружающей среде выбросами в атмосферу

Предприятия машиностроения выбрасывают в атмосферу загрязненный воздух. В результате - постоянное присутствие вредных веществ в воздухе города, которое приводит к хроническим болезням людей (бронхит, астма и др.). Кроме того, загрязнённый воздух отрицательно воздействует на животных, птиц, насекомых и на растения.

Для снижения выброса вредных веществ в атмосферу необходимо детально проработать технологический процесс с целью снижения количества выбросов токсичных веществ.

На участке воздух загрязняется аэрозолями смазочно-охлаждающих жидкостей и металлической пылью (все операции резания), абразивной пылью (шлифовальные и хонинговальные операции) и другими веществами, поэтому перед выбросом в атмосферу должен очищаться. Таким образом вредные вещества из рабочей зоны выводятся с помощью приточно – вытяжной вентиляции: приточная вентиляция подает воздух в рабочую зону, а вытяжная удаляет — обе работают одновременно. Количество попадаемого и вытягиваемого воздуха выбирается с учетом требований, предъявляемых к системе вентиляции. Место для забора свежего воздуха выбирается с учетом направления ветра, с наветренной стороны по отношению к выбросным отверстиям, вдали от мест загрязнения.

12.4.2 Загрязнение сточными водами

Промышленные предприятия сбрасывают в водоемы отработанную воду, которая загрязняет сточные воды вредными веществами (песок, окалина, металлическая стружка, пыль, минеральные масла).

При работе используется большое количество СОЖ, масляных эмульсий, образующиеся при этом маслоэмульсионные воды представляют собой водные растворы эмульсолов. Такую сточную воду требуется очищать от маслопримесей. Необходимость в очистке воды возникает на операциях промывки детали раствором олинола.

12.4.3 Возможность загрязнения окружающей среды твёрдыми промышленными отходами

Отходы машиностроительных предприятий в основном образуются от производства проката, литья, механической обработки. В данной технологии в процессе производства твёрдые отходы образуются в виде амортизационного лома (модернизация оборудования, оснастки), металлической стружки, осадков и пыли (отходы систем очистки воздуха).

Извлечённая при обработке металлическая стружка перерабатывается методом переплава. Для чего её сначала подвергают дроблению на стружкодробилках различных типов (фрезерных, молотковых и валковых). В металлической стружке, предназначенной для переплава, суммарное содержание безвредных примесей, влаги и масла не должно превышать 3%. Наличие этих примесей сверх указанного предела приводит к ухудшению качества выплавляемого металла и к загрязнению окружающей среды. В то же время стружка содержит до 20% СОЖ. Поэтому стружку подвергают обезжириванию, используя центрифуги, моечно-сушильные установки и нагревательные печи. Затем её приводят в компактное состояние, применяя холодное и горячее брикетирование на специальных брикет-прессах. Эти брикеты непосредственно используются в плавильных агрегатах.

Таким образом, технологический процесс оказывается практически безотходным и не влияющим на здоровье людей.

12.4.4 Возможность акустического загрязнения окружающей среды

Многообразие источников шума и вибрации в машиностроении обуславливает наличие всех их разновидностей. Источниками аэродинамических шумов и механических шумов и вибраций высоких уровней являются вентиляционные системы, насосы, компрессорные установки, суммарный уровень шумов которых (в основном высокочастотных) достигает 135¸145 дБ. Тогда как допустимый уровень шума для территории жилой застройки 33¸67 дБ.

Совокупность возникающих под действием шума нежелательных изменений в организме человека можно рассматривать как шумовую болезнь. Комплекс симптомов, характерный для воздействия вибрации, получил название вибрационной болезни.

Оборудование, по возможности, целесообразнее установить на резиновые амортизаторы, что снижает уровень вибрации в 2 раза и делает его неопасной для окружающей среды. Вибрация в вентиляционных установках снижается путём применения рёбер жёсткости.

12.5 Безопасность в чрезвычайных и аварийных ситуациях

Крупные аварии на предприятии могут возникать в результате стихийных бедствий, нарушения технологии производства, нарушения правил эксплуатации оборудования и установленных мер безопасности. Стихийные бедствия — явления природы, вызывающие экстремальные ситуации, такие как землетрясения, наводнения, пожары. Под аварией понимают внезапную остановку работы или нарушение процесса производства на промышленном предприятии, приводящее к повреждению или уничтожению материальных ценностей. Под катастрофой понимают внезапное бедствие, событие, влекущее за собой трагические последствия. Катастрофы сопровождаются разрушением зданий, различных сооружений, уничтожением материальных ценностей и гибелью людей. Наиболее опасным следствием крупных аварий являются пожары и взрывы.

Для ликвидации последствий, вызванных стихийными бедствиями или катастрофами, привлекаются формирования общего назначения и служб гражданской обороны. Основная задача формирований при ликвидации — спасение людей и материальных ценностей. Организация работ производится с учетом обстановки, степени разрушения и повреждения зданий. Работы производятся в сжатые сроки, т.к. необходимо быстро спасти людей и оказать им медицинскую помощь, а также предотвратить последствия катастрофы.

К мероприятиям по предотвращению крупных аварий и катастроф относятся: закладка в проекты вновь создаваемых объектов планировочных, технических и технологических решений, которые должны максимально уменьшить вероятность возникновения аварий или значительно снизить материальный ущерб, если авария произойдет. Кроме того, должны быть предусмотрены мероприятия по эвакуации персонала при чрезвычайных ситуациях (ЧС). В случае появления непосредственной опасности возникновения ЧС в штабе гражданской обороны должен производится инструктаж людей по необходимым действиям при ЧС.

Одним из последствий аварии на предприятиях может стать выброс токсичных отходов в окружающую среду. При возникновении очага поражения токсичными отходами туда высылается радиационная и химическая, а также медицинская разведка для уточнения места заражения и направления распространения зараженного воздуха. Подготавливаются формирования для проведения спасательных работ. В очаге поражения оказывается помощь пострадавшим, проводится их сортировка и эвакуация в медицинские учреждения. Очаг поражения оцепляется - проводится обеззараживание местности, а также санитарная обработка. В первую очередь одеваются противогазы на поражённых, им оказывается первая медицинская помощь, вводятся антидоты. Часто последствием аварии может стать разлив нефти или масла на поверхности водоёмов. Удаляют нефтяную плёнку с поверхности воды с помощью абсорбентов.

При проектировании рабочего участка для изготовления ступиц необходимо учесть возможные опасные, критические и аварийные ситуации, которые могут возникнуть в процессе работы, а также рассмотреть вопрос об их предотвращении. На производстве существует три вида потенциальных опасностей, обуславливающих применение соответствующих методов и средств защиты:

1. Динамическое воздействие на человека (толчки, удары) исполнительных устройств или других движущихся механизмов, в результате непредусмотренных процессом неожиданных форм освобождения энергии и воздействия ее на человека;

2. Механическое воздействие на человека (прижим, сдавливания) исполнительных устройств, возникающее из-за конструктивных особенностей, а также неправильных действий оператора;

3. Типичные факторы потенциальной опасности: электрический ток, электрический удар, электродуга и т.д.

Для защиты человека от опасности применяют метод, обеспечивающий невозможность проникновения человека в рабочую зону при наличии источников опасности.

Метод состоит в разработке, выборе и применении ограждающих, блокирующих, предупреждающих, сигнализирующих систем, обеспечивающих недоступность человека к опасному объекту. В частности, компоновка всего оборудования произведена с учетом требований техники безопасности. Расстояние между основным технологическим оборудованием и между оборудованием и ограждением – не менее 600 мм.

Важным фактором является пожарная безопасность производства. Производственные цеха должны быть оборудованы специальными противопожарными средствам и средствами пожаротушения, к таким относятся набор экстренного тушения огня в который входит кирка, лопата, лом, песок и огнетушитель.

К организованным средствам противопожарного тушения относятся, заложенные в архитектуре здания средства противопожарной защиты. Так же противопожарная сигнализация в функции, которой входит сигнализировать о пожаре.

Большую опасность на машиностроительных предприятиях представляют пожары, поэтому для эвакуации необходимо наличие эвакуационных выходов.

Причиной возникновения на участке пожара может быть:

- образование искры, получившейся в результате короткого замыкания;

- образование искр при обработке абразивным инструментом;

- возгорание в результате контакта промасленной ветоши или спецодежды с горячими частями оборудования;

- неосторожное обращение с огнём;

- неосторожное обращение с легко воспламеняющимися горюче – смазочными материалами;

- загорание мусора из-за большого скопления и не соблюдения режима курения;

- самовозгорание в воздухе;

- загорание масла в поддоне станка из-за разрыва шлангов.

На участке используются следующие средства пожаротушения:

- огнетушители ОХП-10, ОВП-10, ОУ-2.5-8;

- пожарные краны;

- пожарные щиты;

- участок оборудован средствами связи и пожарными извещателями.

Мероприятия режимного характера:

- контроль за производством огневых и покрасочных работ;

- контроль за режимом курения.

Выводы

Рассмотрев опасные вредные производственные факторы объекта, воздействие объекта на окружающую среду, чрезвычайные и аварийные ситуации и предложив меры по их устранению можно сделать вывод, что проектируемый технологический процесс удовлетворяет строительным и санитарно-гигиеническим нормам и не наносит сильный вред окружающей среде.

13. Экономическая эффективность проекта

Цель раздела – рассчитать себестоимость по базовому и проектному вариантам, произвести выбор оптимального варианта и определить показатели его экономической эффективности.

Расчет будем вести по методике [19].

13.1 Исходные данные

Таблица 13.1

13.2 Исходные данные для экономического обоснования сравниваемых вариантов

Таблица 13.2

13.3 Расчет необходимого количества оборудования и коэффициентов его загрузки

Таблица 13.3

13.4 Расчет капитальных вложений (инвестиций) по сравниваемым вариантам

Таблица 13.4

13.5 Расчет технологической себестоимости изменяющихся по вариантам операций

Таблица 13.5

13.6 Калькуляция себестоимости обработки детали по вариантам технологического процесса

Таблица 13.6

13.7 Расчет приведенных затрат и выбор оптимального варианта

Таблица 13.7

Из двух вариантов оптимальным считается вариант с минимальными приведенными затратами. Это проектный вариант.

13.8 Расчет показателей экономической эффективности проектируемого варианта техники (технологии)

1. Ожидаемая прибыль (условно-годовая экономия) от снижения себестоимости обработки детали.

Пр.ож = ( 181,59 – 154,28 ) · 11730 = 320,35 тыс.руб.

2. Налог на прибыль:

,

где - коэффициент налогообложения прибыли.

Нпр = 320,35 · 0,24 = 76,88 тыс.руб.

3. Чистая ожидаемая прибыль:

Пр.чист = 320,35 – 76,88 = 243,46 тыс.руб.

4. После определения чистой прибыли определяем срок окупаемости капитальных вложений:

,

где Квв.пр. – капитальные вложения (инвестиции), необходимые для приобретения вновь вводимого оборудования.

Квв.пр = 2·300 ·1,1 – 60 =600 тыс.руб.

где Кмонт = 1,1…1,25 – коэффициент монтажа с учетом стоимости самого оборудования.

Ток.расч. = 600 / 243,46 = 2,47 года

Расчетный срок окупаемости округляется до большего целого числа, и принимаем его за горизонт расчета (максимально ожидаемое время окупаемости инвестиций), Т. Горизонт расчета принимается равным 3 годам.

5. На основе ожидаемого времени окупаемости рассчитывается общая текущая стоимость доходов (чистая дисконтированная прибыль):

где t – горизонт расчета (количество t зависит от срока окупаемости), лет,

Е – процентная ставка на капитал (при 10% Е = 0,1)

Добщ.диск =243,46·( 1 / 1,11 +1 / 1,12 +1 / 1,13)=635,45 тыс.руб.

6. Интегральный экономический эффект (чистый дисконтированный доход):

ЧДД = Эинт = 635,45 – 600 = 35,45 тыс.руб.

Вывод

Так как ЧДД > 0, значит проект эффективен, и поэтому определяем индекс доходности, т.е. прибыль на каждый вложенный рубль:

ИД = 635,45 / 600 = 1,06

Заключение

Заключение проекта представлено в виде выводов.

1. Оценена актуальность проблемы, определены цель и задачи проекта.

2. Выполнена оценка служебного назначения цанги, произведена оценка технологичности конструкции детали.

3. Определен тип производства и форма организации технологического процесса.

4. По экономическому критерию выбран метод получения заготовки и разработана ее конструкция по ГОСТ 7505 – 89. Масса заготовки существенно уменьшилась.

5. Обоснованно выбраны методы обработки поверхностей детали и разработан прогрессивный технологический маршрут ее изготовления.

6. Спроектировано станочное и контрольное приспособления, рассчитаны их погрешности.

7. Рассчитан и спроектирован робото-технический комплекс, для увеличения уровня автоматизации и повышения гибкости производства.

8. Оптимизированы режимы резания на сверлильном переходе токарной операции на базе научных исследований, в результате чего увеличилась производительность в 1,2 раза.

10. Усовершенствовано спиральное сверло на базе патентных исследований, что позволило увеличить его стойкость в 2 раза.

11. Спроектирован план участка обработки цанги Tanline и рассчитаны коэффициенты загрузки оборудования.

12. Рассмотрены опасные вредные производственные факторы объекта, его воздействие на окружающую среду, чрезвычайные и аварийные ситуации и предложены меры по их устранению.

Изменения, внесенные в технологический процесс, позволили выполнить поставленную цель проекта и снизить себестоимость изготовления детали, получив интегральный экономический эффект в размере 35 тыс.руб.

Список использованной литературы

1. Марочник сталей и сплавов/ В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др.; Под общ. ред. В.Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1989. – 640с.

2. Николаев С.В. Механическая обработка: методические указания к курсовому проектированию спец. 060800, Тольятти, 2002, 30с.

3. Горбацевич А.Ф. и др. Курсовое проектирование по технологии машиностроения – Мн.: Высш. шк., 1983, 256с.

4. В.М. Боровков. Методическое пособие к лабораторной работе «Экономическое обоснование выбора метода получения заготовки», 1992

5. Михайлов А.В. Размерный анализ технологических процессов изготовления деталей машин: методические указания к курсовому проектированию – Тольятти: ТГУ, 2001. – 34 с.

6. Справочник технолога-машиностроителя / под ред. А.Г. Косиловой. Т.2 – М.: Машиностроение, 1985, 496с.

7. Кузнецов Ю.И., Маслов А.Р., Байков А.Н. Оснастка для станков с ЧПУ: Справочник. – М.: Машиностроение, 1990. – 512с.

8. Михайлов А.В. Базирование и технологические базы: Методические указания к выполнению курсовых и дипломных проектов. – Тольятти: ТолПИ, 1994. – 30с.

9. Локтев С.Е. Станки с программным управлением и промышленные роботы. – М.: Машиностроение, 1986. 320 с.

10. Косилова А.Г. и др. Справочник технолога-машиностроителя, том 1. – М. Машиностроение, 1985 – 656 с.

11. Средства автоматизации загрузки и разгрузки деталей робототехнического комплекса для токарной обработки: Метод. указания/ Сост. Царев А.М. – Тольятти: ТолПИ, 1991.

12. Проектирование и разработка промышленных роботов/ С.С. Аншин, А.В. Бабич, А.Г. Баранов и др.; Под общ. ред. Я.А. Шифрина, П.Н. Белянина. – М.: Машиностроение, 1989. – 272с.: ил.

13. Алфавитно – предметный указатель к МКИ

14. Международная классификация изобретений: раздел В

15. Универсальная десятичная классификация: машиностроение

16. Черемисин А.С. Технологические расчеты механосборочного участка – Тольятти: ТолПИ, 1984.

17. Проектирование машиностроительных цехов и заводов. Справочник т.1, 4, 6 / Под общ. ред. Ямпольского С.Е. – М.: Машиностроение, 1975.

18. Охрана труда в машиностроении: Учебник для машиностроительных вузов/ Под ред. Е.Я. Юдина, С.В. Белова – М.: Машиностроение, 1983 – 432 с.

19. Мурахтанова Н.М. Методические указания к экономическому обоснованию курсовых и дипломных работ по совершенствованию технологических процессов механической обработки деталей – Тольятти, ТГУ, 2000.

20. Станочные приспособления: Справочник. Т.1/ под. ред. Б.Н. Вардашкина, А.А. Шатилова – М.: Машиностроение, 1984 – 592с.