Разработка технологического процесса изготовления детали с применением станков с ЧПУ

Содержание

Введение 3

1. Описание конструкции и назначения детали 3

2. Технологический контроль чертежа детали 4

3. Анализ технологичности конструкции детали 4

4. Выбор способа изготовления заготовки 5

5. Выбор плана обработки детали 6

6. Выбор типа производства и формы организации технологического процесса 8

7. Выбор и расчет припусков на обработку 9

8. Выбор оборудования 10

9. Выбор режущих инструментов 12

10. Выбор приспособлений 14

11. Выбор средств измерений и контроля размеров 16

12. Выбор режимов резания 16

13. Техническое нормирование времени операций 19

14. Выбор средств транспортировки заготовок 19

15. Программирование станка с ЧПУ 21

16. Технико-экономическое обоснование разработанного технологического процесса 25

17. Исследовательская часть 26

18. Разработка автоматизированного склада 29

Список использованных источников 32

Приложение 1. Программа для сверлильного станка с ЧПУ 33

Приложение 2. Программа для фрезерного станка с ЧПУ 33

Введение

Темой курсового проекта является разработка технологического процесса детали с применением станков ЧПУ, разработка средств автоматизации технологического процесса и выполнение исследования на технологическую тему. Тема проекта представляется вполне актуальной. Это подтверждается тем, что проектирование технологии позволяет на практическом уровне, а следовательно, и более глубоко изучить методы машиностроения, познакомиться со станками, инструментами, приспособлениями. Поскольку задание к курсовому проекту включает применение и программирование станка с ЧПУ и использования средства автоматизации, это расширяет сферу познавательности при проектировании до объема, включаемого в курс подготовки инженеров по автоматизации.

Так как хвостовик является распространенной и типичной деталью, для изготовления которой применяются практически все основные виды обработки металла резанием, это так же положительно влияет на учебную функцию курсового проекта.

Данный вид хвостовика используется в производстве подшипников в качестве рабочего приспособления штампа для закрепления инструмента, деталей, для присоединения к нему

других элементов или механизмов.

Подшипник является распространенной и достаточно ответственной деталью машин, механизмов, приборов и других устройств. Высокие требования к изготовлению подшипников по точности, по прочности и по эксплуатационным характеристикам обеспечиваются использованием качественной технологической оснастки и инструмента. Поэтому проектирование и изготовление деталей типа хвостовик и других приспособлений требует серьезной комплексной проработки на всех стадиях процесса производства.

1. Описание конструкции и назначения детали

Деталь, представленная для курсового проектирования — хвостовик, применяющийся для крепления пуансонодержателя. Назначение детали позволяет судить о ее эксплуатационных условиях: вероятно, это высокие ударные нагрузки, предъявляющие требования к упругости и твердости хвостовика, а так же условия параллельности плоскостей крепления и крепежных отверстий.

Хвостовик является телом вращения, имеющим центральной отверстие, отверстия для дополнительного крепления, параллельные оси, центровочный поясок, точное шпоночное отверстие для передачи вращающего момента, фиксирующий выступ для закрепления хвостовика.

Хвостовик имеет наружную резьбу для соединения с пуансонодержателем, вероятно, накидной гайкой.

Наиболее сложными и точными являются следующие поверхности: центровочный поясок, включающий две торцевые и цилиндрическую поверхности, а также канавка и глухое отверстие, с заданным седьмым квалитетом точности, качество изготовления которых будет влиять на точность установки пуаносодержателя. Также важным критерием является параллельность задней плоскости относительно плоскости крепления.

2. Технологический контроль чертежа детали

Чертеж детали содержит две вида. Главный вид показан неоптимально, т.к. точное отверстие на нем отсутствует. Разработчик чертежа скомпенсировал последнее тем, что показал точное отверстие неправильно выполненным местным разрезом. Разрез А-А повернут неудачно. Угловая канавка обозначена неверно. Размеры на чертеже указаны не все (в частности, не дано внешнего радиуса, описывающего выступ для закрепления — мы приняли его равным 25 мм), кроме того, не на всех указаны предельные отклонения, поэтому на эти размеры примем 14 квалитет точности (кроме точного глухого отверстия — для него возьмем седьмой квалитет). Размеры отверстий и валов указаны не по стандартам ISO, т.е. без обозначения посадок.

Технические условия по неуказанным отклонениям не оговорены, не оговорены также требования к термической обработке, которая необходима, так как хвостовик должен эксплуатироваться в условиях сильных ударных воздействий. Указанное биение с данной точностью проконтролировать невозможно.

3. Анализ технологичности конструкции детали

Техническое задание не содержит информации о способе получения заготовки. Видимо, для ее изготовления будет применена свободная ковка. Заготовка более сложной формы (близкой к форме детали) обойдется значительно дороже, кроме того, в этом случае поверхность заготовки будет низкого качества. В техническом задании отсутствует информация о путях упрощения конструкции детали. Желательно при изготовлении детали использовать упрочняющую термообработку до 25-30 единиц HRC.

Заменить хвостовик сборной конструкцией не представляется возможным, т.к. он является ответственной деталью.

Материал для детали (сталь 40) использован недорогой и доступный.

Так как зажимная часть и центровочный поясок являются неизменяемыми частями, контактирующими с другими деталями, то повысить жесткость хвостовика в целом не представляется возможным. Кроме того, жесткость данного хвостовика достаточно высока и повышать ее нет смысла.

Для обработки детали достаточно применения стандартных режущих инструментов.

Все операции по обработке детали могут выполняться на стандартном оборудовании.

4. Выбор способа изготовления заготовки

Для изготовления заготовки возможно применение нескольких методов, для выбора оптимального рассмотрим два метода изготовления заготовки и выберем метод с минимальными затратами:

- Литье в металлические формы;

- Свободная ковка.

Себестоимость детали можно рассчитать следующим способом:

C = A+B = a*m*k1*k2*k3 + b*m^(2/3)*k4*k5*k6*k7*k8. где

A — себестоимость изготовления заготовки

B — себестоимость механической обработки

a — себестоимость изготовления заготовки средней сложности массой 1кг.

для ковки a=0.373 руб/кг

для литья a=1.985 руб/кг

b — себестоимость механической обработки детали средней сложности массой 1 кг

для ковки b=3,73 руб/кг

для литья b=19,85 руб/кг

m — масса заготовки (46,8 кг)

k1 — коэффициент сложности формы (1 для средней сложности)

k2 — стоимость материала (1.5 для углеродистой стали)

k3 — точность изготовления заготовки (1 для средней точности)

k4 — учет обрабатываемости материала (1 для углеродистой стали)

k5 — учет точности размеров заготовки (1 для 14 квалитета)

k6 — учет точности размеров детали (0,26 для 14 квалитета)

k7 — учет степени приближения заготовки по конфигурации (1,5)

k8 — учет соотношения площади обрабатываемой поверхности ко всей площади детали (1 для тел вращения).

Себестоимость поковки равна 45,1 руб.

Себестоимость литой заготовки 240 руб.

Для изготовления заготовки хвостовика целесообразно использовать свободную ковку. Эскиз заготовки представлен на рис.4.1.

5. Выбор плана обработки детали

Технологический процесс обработки детали предусматривает несколько стадий. Если рассматривать данный процесс в укрупненном плане, то необходимо выделить черновую обработку и окончательную (абразивными инструментами). Каждая из этих стадий разбивается на необходимое количество технологических операций.

В описании технологического процесса не указываются такие операции как смазка, упаковка, нанесение специальных покрытий и т.д.

Можно предложить следующий порядок операций:

1. Токарная операция.

2. Токарная операция.

3. Сверлильная операция.

4. Фрезерная операция.

5. Координатно - расточная операция.

6. Термообработка.

7. Плоское шлифование.

8. Круглое шлифование.

9. Слесарная.

К окончательным технологическим операциям следует отнести упаковочную операцию и др.

В соответствии с порядком операций можно предложить следующий технологический маршрут обработки.

План обработки детали Табл. 5.1.

№	Наименование переходов	Норма времени T0, мин	Оборудование	Приспособление
1.	Токарная обработка		Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3С5	трехкулачковый патрон
1.А.	Установить деталь
1.1.	Сверлить отверстие 28	0,6
1.2.	Расточить отверстие 30	1,4
1.3.	Обточить деталь по контуру предварительно торец, 5256,25, 4245,25, 1773450 , 177118,77	25
1.4.	Обточить по контуру окончательно торец, 5011, 4045,25, 1753450 , 175118,77	15
1.Б.	Снять деталь
2.	Токарная обработка		Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3С5	трехкулачковый патрон
2.А.	Установить деталь в патрон
2.1.	Сверлить глубокое отверстие 20	7,7
2.2	Обточить по контуру предварительно торец, 17771, 7326	10
2.3.	Обточить деталь по контуру окончательно торец, 77,9924,98, торец, 1751,5450 , 17543,5	7,6
2.4.	Обточить канавку 70,9921,5450	0,4
2.5.	Обточить канавку резьбовую 17010	1,3
2.6.	Обточить резьбу М1752	0,6
2.Б.	Снять деталь
3.	Сверлильная обработка		Сверлильный станок с ЧПУ 2Р135Ф2	тиски самоцентрирующиеся 7200-0154
3.А.	Установить деталь в приспособление, зажать
3.1.	Сверлить последовательно два глубоких отверстия 10172	30
3.2.	Сверлить отверстие 716	0,2
3.Б.	Открепить, снять деталь
4.	Фрезерная обработка		Фрезерный станок с ЧПУ 6Р13Ф3-01	Универсальный сборный, круглый накладной кондуктор УСП-12
4.А.	Установить деталь в приспособление, зажать
4.1.	Фрезеровать выступ	1,4
4.Б.	Открепить, снять деталь
5.	Координатно-расточная		Координатно-расточной станок с ЧПУ 2Д132МФ2	тиски самоцентрирующиеся 7200-0154
5.А.	Установить в приспособление, зажать
5.1.	Расточить точное отверстие 816	10
5.Б.	Открепить, снять деталь
6.	Термообработка	30
7.	Шлифовальная плоская		Универсальный круглошлифовальный станок	трехкулачковый патрон
7.А.	Установить деталь в приспособление, зажать
7.1.	Шлифовать торец	5
7.Б.	Открепить, снять деталь
8.	Шлифовальная круглая		Универсальный круглошлифовальный станок	трехкулачковый патрон
8.А.	Установить деталь в приспособление, зажать
8.1.	Шлифовать 77,9924,98	5
8.Б.	Открепить, снять деталь
9.	Слесарная
9.1.	Тупить острые кромки	0,5
9.2.	Маркировка	0,1
		153,8

6. Выбор типа производства и формы организации технологического процесса

Согласно ГОСТ 3.1108-74 для выбора типа производства необходимо рассчитать коэффициент закрепления операций, который равен отношению количества операций за последний месяц к количеству явочных мест

Кзо =О/Ря

Но выбор типа производства по этой методике не представляется возможным в виду отсутствия информации о номенклатуре производства.

Для единичных технологических проектов может быть использован другой метод — расчет коэффициента загрузки оборудования (рассчитывается время необходимое для загрузки)

Коб = (tшт.ср*N)/(60*Fq*n*k), где

tшт.ср - средняя норма времени на операции (153,8 мин)

N - годовая программа выпуска (500 шт.)

Fq - годовой действительный фонд времени (4000 часов)

n - коэффициент загрузки каждого рабочего места (0,75)

k - количество рабочих мест (8)

В результате расчета Коб=0,05, т.е. полученное значение соответствует мелкосерийному производству.

В промышленности используются две основные формы организации производства: поточная и групповая. Первое используется в крупносерийном и массовом производстве. В нашем способе целесообразно применить групповую форму организации.

Группирование станочного оборудования и рабочих мест производится либо по видам технологической обработки изделий, либо по виду технологических процессов. При втором способе группировки специализированные участки создаются по конструкторско-технологическому признаку.

В нашем случае воспользуемся группированием станочного оборудования по видам обработки. Он заключается в формировании участков станков одного наименования.

В результате группировки получается шесть участков: токарный, сверлильный, фрезерный, координатно-расточной, шлифовальный и участок термообработки.

7. Выбор и расчет припусков на обработку

Расчет припусков на обработку производится на основе аналитического метода. Учитывая форму заготовки и требования к качеству поверхности для расчета припуска выберем цилиндрическую поверхность.

Величины припусков Zшл. и Zток. рассчитываются, остальные выбираются.

Zi = Rz,i-1 + Ti-1 + Pi-1 + ei, где

Rz,i-1 - высота неровностей поверхности, оставшейся после выполнения предшествующего перехода.

Ti-1 - глубина дефектного слоя.

Pi-1 - пространственные отклонения,

рассчитываются как произведение удельной кривизны детали на ее длину,

ei - погрешности базирования и закрепления.

После токарной операции Rz=30, T=Rz.

Тогда для шлифования P = 0,06 мкм/мм*247=14.82 мкм, e=40 мкм.

Zшл=30+30+14,82+40=114.82 мкм.

Для горячекованных или штампованных заготовок

Rz+T=600 мкм. P=120, e=120. тогда

Zток=600+120+120=840 мкм.

Допуск на деталь по 14 квалитету  247 dдет=1150 мкм.

Точность заготовки, полученной свободной ковкой, не нормируется;

примем для нее dзаг=1500 мкм.

На токарную операцию по 12 квалитету dток=400 мкм.

В результате суммарный минимальный припуск равен

Zmin=Zшл + dток + Zток = 115 + 400 + 840 = 1355 мкм.

максимальный припуск

Zmax = Zmin + dдет + dзаг = 1355 + 1150 + 1500 = 4005 мкм.

Общий номинальный припуск выберем

Zном = 3мм, что соответствует параметрам заготовок полученных свободной ковкой.

8. Выбор оборудования

Выбор металлорежущих станков для изготовления предложенной детали осуществлен с учетом следующих факторов:

- вид обработки;

- точность обрабатываемой поверхности;

- расположение обрабатываемой поверхности относительно технологических баз;

- габаритные размеры и масса заготовки;

- производительность операции;

- тип производства.

Оборудование Таблица 8.1

№ опер.	Наимен. операции	Станок	Основные технические характеристики
1, 2	Токарная опер	Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3С5	Макс. диаметр обрабатыв. детали....................400 Наибольшая длина продольного перемещения .900 Наибольшая длина поперечного перемещения 250 Диапазон скоростей вращения шпинделя, об/мин......................................12.5-2000 Наибольшая скорость продольной подачи мм/мин.................................................1200 Диапазон скоростей подач мм/мин - продольная подача...................................3-1200 - поперечная.. ............................................1.5-600 Дискретность перемещения, мм - продольная подача.......................................0.01 - поперечная.. ...............................................0.005 Мощность электродвигателя главного движения, кВт......................................................10 Масса станка, кг..............................................4000
3	Сверлильная	Сверлильный станок с ЧПУ 2Р135Ф2	Макс. диаметр сверления, мм..............................35 Макс. расстояние от торца шпинделя до стола, мм............................................................600 Макс. ход стола, мм: продольный (Х)..................................................560 поперечный (Y)..................................................360 Макс. ход револьверного суппорта (Z, R), мм............................................................560 Кол-во скоростей шпинделя................................12 Пределы скоростей шпинделя, об/мин........32-1400 Кол-во рабочих подач.........................................18 Скорость перемещения стола, мм/мин......500-3800 Скорость перемещения суппорта, мм/мин..до 4000

4	Фрезерная	Фрезерный станок с ЧПУ 6Р13Ф3-01	Размеры стола, мм: длина................................................................1600 ширина..............................................................400 Расстояние от оси шпинделя до вертикальных направляющих станка, мм................................500 Расстояние от торца шпинделя до стола, мм.......................................................70-450 Наибольший. ход стола, мм: продольный......................................................1000 поперечный........................................................400 Наибольший ход ползуна, мм.......................... 150 Вертикальный ход стола, мм.............................580 Диапазон скоростей вращения шпинделя, об/мин........................................40-2000 Число скоростей..................................................18 Диапазон подач стола, салазок, ползуна, мм/мин..........................................20-1200 Мощность главного привода, кВт.....................7.5
5	Координатно-расточная	Координатно-расточной станок с ЧПУ 2Д132МФ2	Размер рабочей поверхности стола (длин х ширина), мм ................................ 400 х700 Частота вращения шпинделя, об/мин ........45-2000 Вылет шпинделя, мм......................................... 475 Макс диаметр сверления заготовки из стали 40, мм ................................................... 32 Точность, мм отсчета координат ................................... 0.001 установки координат .............................. 0.008 Подача, мм/мин стола....................................................... 50 -220 салазок ................................................... 50 -220 Система программного управления............2П32-3 Число одновременно управляемых координат ....2 Габариты, мм ........................................ 7000х4800
7, 8	Шлифовальная	Универсальный круглошлифовальный станок 3140	Макс. диаметр детали, мм ................................400 Макс. длина детали, мм ..................................1000 Диаметр шлифования, мм наружного .................................................. 8-400 внутреннего .............................................. 30-200 Макс. продольное перемещение стола, мм...... 920 Скорость вращения шпинделя передней бабки, об/мин ...............................................40-375 Скорость вращения шлифовального круга,об/мин наружное шлифование ................................1650 внутреннее шлифование ..............................7000 Габариты ..................................... 4480х2070х1675

9. Выбор режущих инструментов

Выбор режущих инструментов осуществляется в зависимости от метода обработки, формы и размеров обрабатываемой поверхности, ее точности и шероховатости, обрабатываемого материала, заданной производительности и периода стойкости (замены) инструмента.

По возможности используются стандартные инструменты.

Выбранные инструменты сведены в таблицу 9.1

Режущие инструменты Таблица 9.1

№	Наименование переходов	Наименование и обозначение режущего инструмента	Марка режущего инструмента	Примечания
1.	Токарная обработка
1.1.	Сверлить отверстие 28	Сверло спиральное с коническим хвостовиком 28, нормальной длины ОСТ2 И20-2-80 035-2301-1017	Быстрорежущая сталь	d=28 L=120 l0=80
1.2.	Расточить отверстие 30	Расточной упорный резец из быстрорежущей стали ГОСТ 20874-75	Сплав Т15К6	=50 H=20 B=20 L=140
1.3.	Обточить деталь по контуру предварительно	проходной упорный резец из быстрорежущей стали ГОСТ 21115-75	Сплав Т5К10	=900 H=20 B=20 L=140
1.4.	Обточить по контуру окончательно	проходной упорный резец из быстрорежущей стали ГОСТ 21115-75	Сплав Т15К6	=920 H=20 B=20 L=140
2.	Токарная обработка
2.1.	Сверлить глубокое отверстие 20	Сверло спиральное с коническим хвостовиком 20, длинное ОСТ2 И20-2-80 035-2301-1017	Быстрорежущая сталь	d=20 L=220 l0=180
2.2	Обточить по контуру предварительно	проходной упорный резец из быстрорежущей стали ГОСТ 21115-75	Сплав Т5К10	=900 H=20 B=20 L=140
2.3.	Обточить деталь по контуру окончательно	проходной упорный резец из быстрорежущей стали ГОСТ 21115-75	Сплав Т15К6	=920 H=20 B=20 L=140

2.4.	Обточить канавку 70,9921,5450	Канавочный угловой резец из быстрорежущей стали ТУ2-035-588-77	Сплав Т15К6	=450 H=20 B=20 L=140
2.5.	Обточить канавку резьбовую 17010	Канавочный наружный из быстрорежущей стали ТУ2-035-558-77	Сплав Т15К6	=900 H=20 B=20 L=140
2.6.	Обточить резьбу М1752	Резьбовой наружный резец с пластинами из быстрорежущей стали для наружной метрической резьбы ГОСТ-18885-73	Сплав Т15К6	H=20 B=20 L=100
3.	Сверлильная обработка
3.1.	Сверлить последовательно два глубоких отверстия 10172	Сверло спиральное с коническим хвостовиком 10, длинное ОСТ2 И20-2-80 035-2301-1017	Быстрорежущая сталь	d=10 L=260 l0=220
3.2.	Сверлить отверстие 716	Сверло спиральное с коническим хвостовиком 7, нормальной длины ОСТ2 И20-2-80 035-2301-1017	Быстрорежущая сталь	d=7 L=100 l0=70
4.	Фрезерная обработка
4.1.	Фрезеровать выступ	Фреза концевая цельная с цилиндрическим хвостовиком с нормальными зубьями ГОСТ 17025-71	Сплав Р6М5	диаметр хвостовика 20
5.	Координатно-расточная
5.1.	Расточить точное отверстие 816	Развертка машинная цельная быстрорежущая с коническим хвостовиком ОСТ2 И26-1-74 035-2363-1041	Сплав Р6М5	d=8 L=100 l0=70
7.	Шлифовальная плоская
7.1.	Шлифовать торец	Круг шлифовальный плоский с выточкой ПВ ГОСТ 2424-67	Связка В	H=70 D=200 d=30

8.	Шлифовальная круглая
8.1.	Шлифовать 77,9924,98	Круг шлифовальный плоский с выточкой ПВ ГОСТ 2424-67	Связка В	H=70 D=500 d=100

10. Выбор приспособлений

Выбор приспособлений осуществлялся по возможности из числа стандартных или из типовых конструкций станочных приспособлений.

Критерием выбора является вид механической обработки, точность обработки поверхности, габаритные размеры и масса заготовки, тип станка, расположение поверхности по отношению к технологическим базам.

10.1. Станочные приспособления

При выборе станочных приспособлений учитывались:

- вид механической обработки;

- модель станка;

- режущие инструменты;

- тип производства.

Станочные приспособления Таблица 10.1

Операция	Наименов. операции	Наименов. приспособления	Обозначен. приспособления
1,2	Токарная	Трехкулачковый самоцентрирующийся патрон	Патрон 7100-0063 П ГОСТ 2675-80
3	Сверлильная	Тиски станочные самоцентрирующиеся	Тиски 7200-0154 ГОСТ 14904-80
4	Фрезерная	Универсальный сборный, круглый накладной кондуктор УСП-12	ГОСТ 21676-76
5	Координатно-расточная	Трехкулачковый самоцентрирующийся патрон	Патрон 7100-0063 А ГОСТ 2675-80
7,8	Шлифовальные опер.	Трехкулачковый самоцентрирующийся патрон	Патрон 7100-0063 А ГОСТ 2675-80

10.2. Выбор инструментальных приспособлений

При выборе инструментальных приспособлений учитывались:

- вид механической обработки;

- конструкция посадочного места станка;

- форма и размеры инструмента (его хвостовика).

Инструментальные приспособления Таблица 10.2

Опер.	Наименов. операции	Наименов. приспособления	Обозначен. приспособления
1,2	Токарная	Резцедержатель с цилиндрическим хвостовиком и с перпендикулярным открытым пазом	1-50 ОСТ2 П15-3-84 D=50 l=60 L=138 B=100 b=25
3	Сверлильная	Втулки переходные с хвостовиком конусностью 7:24 и внутренним конусом Морзе к станкам с ЧПУ	Втулка40-2-50 ОСТ2 П12-7-84
4	Фрезерная	Патрон цанговый1-30-2-100	ГОСТ 26539-85 d=10-25 l