Компоновка автоматизированной производственной системы

22

Содержание

Введение              ….5

1.   Анализ конструкторской информации              …..6

2.   Выбор способа получения заготовки……………………………………..8

2.1 Метод получения заготовки ГОШ………………………………………8

2.2 Метод получения заготовки прокатом………………………………….10

2.3 Определение экономической эффективности              ..…..10

3.   Разработка технологического процесса механической обработки

3.1    Выбор баз и схем базирования              .........11

3.2    Создание маршрутного технологического процесса              ….13

3.3    Выбор оборудования и оснастки              ……14

3.4    Разработка операционного технологического процесса              ……16

3.5    Расчет режимов обработки и норм времени……………………………16

3.6    Разработка операционных эскизов……………..………………………….….17

4.   Проектирование приспособления

4.1 Выбор расчетной схемы приспособления………………………….….18

4.2 Силовой расчет приспособления              …………………………………........20

4.3 Конструирование приспособления…………………………………….22

5 Компоновка автоматизированной производственной системы……….24

Заключение              ….26

Список литературы              …..27

Приложение………………………………………………………………………..28

1Анализ конструкторской информации

Деталь ступица относится к деталям типа тел вращения, включает в себя внешние и внутренние цилиндрические поверхности, торцы, фаски, отверстия, и 6 крепежных отверстий. С точки зрения доступности обработки поверхностей, деталь является вполне технологичной и не требует применения сложных приспособлений при механической обработке.

Анализируя деталь (ступица) с точки зрения ее технологичности, заключаем, что ступица имеет небольшие габаритные размеры, ко всем поверхностям ступицы имеется свободный доступ измерительного, стандартного и специального инструмента при ее механической обработке, что благоприятно влияет на применение металлорежущих станков с ЧПУ.

Рисунок 1 – Деталь ступица, созданная в конструкторской САПР

                       «Компас-3D V12»

Для увеличения производительности рекомендуется применять стандартный инструмент.

2 Выбор способа получения заготовки

Материал заготовки сталь марки 45Х - сравнительно недорогой, легко поддаётся обработке.

Рассмотрим два вида получения заготовки методами: горячая объемная штамповка (ГОШ) и Прокат.

2.1 Метод получения заготовки ГОШ

Рассчитываем стоимость заготовки по формуле (1) [2]:

,    (1)

где S- цена одной детали;

Q -масса заготовки ;

Q1 -масса готовой детали (1504г);

Сm - базовая стоимость 1т заготовок (37300 руб.);

Сотх- стоимость 1т отходов (1400 руб.);

                    Кв, Кс, Кn, Кm- коэффициенты, зависящие от объема производства, группы сложности, массы заготовок, марки материала заготовок -(Кт = 1; Kс =0,87; Kв=1;Km=1,18).

Масса и объем заготовки определяется с помощью трехмерной модели, созданной в конструкторской САПР «Компас 3D V12», показанной на рисунке 2 и 3.

.

Рисунок 2 – Деталь-заготовка, полученная ГОШ, созданная в конструкторской САПР «Компас-3D 12»

Рисунок 3 – Деталь-заготовка, полученная ГОШ, созданная в конструкторской САПР «Компас-3D V12»

Данные, полученные с помощью конструкторской САПР «Компас-3D V12», занесены в таблицу 1.

Таблица 1 – Данные, полученные из конструкторской САПР Компас-3D V12..

Определяем цену одной заготовки при методе получения заготовки ГОШ:

руб/шт.

2.2 Метод получения заготовки прокатом

Стоимость заготовки, полученную методом проката, рассчитываем по формуле (2) [3]:

(2)

где - базовая стоимость 1 т заготовок (200 руб);

Q -масса заготовки (7,6 кг);

Q1 -масса готовой детали (1,5кг);

         , , , , - коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производств заготовок. (=1 ;=0,85 ;=0,8 ;= 1 ;=0,91).

руб/шт.

.

2.3 Определение экономической эффективности

Экономичность одного метода получения заготовки относительно второго рассчитывается по формуле (3):

, (3)

руб/шт.

В результате расчетов выявлено, что целесообразно применить метод получения заготовки ГОШ.

3 Разработка технологического процесса механической обработки

              3.1 Выбор технологических баз

Одной из важнейших задач, решаемых при проектировании технологических процессов механической обработки, является выбор технологических баз. От правильности решения этого вопроса в большинстве случаев зависит обеспечение выполнения технических требований, предъявляемых к изготовлению детали.

Базированием называется придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат.

При назначении баз стандарты рекомендуют, по возможности, не отступать от основных принципов базирования:

1.Принципа совмещения (единства) баз.

2.Принципа постоянства баз.

Соблюдая данные принципы, выбираем технологические базы: 1, 2, 3, 4 для токарно-винторезной операции; 5 и 6 для сверлильной 1 и сверлильной 2.

Рисунок 4 – Технологические базы

3.2.Создание маршрутного технологического процесса

В соответствии с технологией получения заготовки, а также последующего получения детали составляется схема маршрута обработки. Маршрут обработки и виды станков, применяемые на операциях, представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Маршрут обработки и виды станков, применяемые на операциях

3.3 Выбор оборудования и оснастки

Для токарной операции (005) выбираем станок СА250Ф3 с ЧПУ с параметрами, представленными в таблице 4.

Таблица 4 – Параметры станка СА250Ф3 с ЧПУ

Инструмент:

Резец расточной с креплением сменных пластин 2140-0433 (ГОСТ 26612-85) рисунок 5.

              Рисунок 5 – Резец расточной с креплением сменных пластин

Резец подрезной с креплением сменных пластин прихватом сверху 2100-1969 (ГОСТ 26611-85) рисунок 6

Рисунок 6 – Резец подрезной с креплением сменных пластин прихватом сверху

Приспособление: патрон 3-х кулачковый (ГОСТ 2575-80).

Для сверлильной  операции (015) выбираем агрегатно-сверлильный станок с параметрами приведенными в таблице 5

Таблица 5 – параметры вертикально-сверлильного станка 2Р118Ф2

Инструмент: сверло спиральное с коническим хвостовиком

2301-0427 ГОСТ 2092-77

d = 5 мм, конус Морзе 2 по ГОСТ 25557-82

Рисунок 7 – сверло спиральное с коническим хвостовиком

Для сверлильной операции (015) выбираем станок вертикальный сверлильно-фрезерный 21105Н7Ф4, с параметрами, указанными в таблице 6

Таблица 6 – параметры вертикального сверлильно-фрезерного станка 21105Н7Ф4

Инструмент: сверло спиральное с коническим хвостовиком

2301-0427 ГОСТ 2092-77

d = 5мм, конус Морзе 2 по ГОСТ 25557-82

Рисунок 8 – сверло спиральное с коническим хвостовиком

3.4 Разработка операционного технологического процесса

         3.5 Расчет режимов обработки и норм времени

1) Расчет режимов резания на токарно-винторезную операцию (005) на первый переход выполняем с помощью программы

Рисунок 9 – программа для расчетов режимов резания

На данном переходе выполняется чистовое точение цилиндрической поверхности диаметром 40 мм, на длине 25  мм.

              Исходные данные для расчета:

диаметр обработки - d = 40 мм;

глубина резания - t = 1 мм;

по справочным данным выбирается подача - s = 0,175 мм/об.

              Скорость резания определяется по формуле:

              где Cv = 420 - постоянный коэффициент, /1/;

x = 0,15 - показатель степени при глубине резания, /1/;

y = 0,2 - показатель степени при подаче, /1/;

m = 0,2 - показатель степени при стойкости инструмента, /1/;

T = 90 мин. - период стойкости резца из твердого сплава, /1/;

Kv - поправочный коэффициент, учитывающий условия резания, определяется по формуле:

                                          Kv = Kmv*Kпv*Kиv*Kтv*Kuv*Krv ,                                          (2)

              где Kmv = 1 - коэффициент, учитывающий влияние материала детали, /1/;

Kпv = 0,85 - коэффициент, учитывающий состояние поверхности, /1/;

Kиv = 1 - коэффициент, учитывающий материал инструмента, /1/;

Kтv = 1 - коэффициент, учитывающий стойкость инструмента, /1/;

Kuv = 0,7 - коэффициент, учитывающий угол в плане резца, /1/;

Krv = 1 - коэффициент, учитывающий радиус при вершине резца, /1/;

                                                        Kv = 1*0,85*1*1*0,7*1 = 0,59 .

              По формуле (1) вычисляется скорость резания:

              Число оборотов рассчитывается по формуле:

                                                                      n = 1000*V ,                                                                      (3)

                                                                                п*D

              где D = 40 - диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

                                                                      n = 1000 * 143,98 = 1145,77 об/мин.

                                                                                3,14 * 40

Принимается число оборотов шпинделя n = 1200 об/мин.

Фактическая скорость резания определяется по формуле:

                                                                      Vф = п*D*n ,                                                                      (4)

                                                                                1000

                                                                      Vф = 3,14 * 40 * 1200 = 150,79 м/мин.

                                                                                        1000

              Сила резания Pz рассчитывается по формуле:

                                                                                 x    y       n

                                                        Pz = 10 * Cp * t * s * Vф * Kp ,                                          (5)

              где Cp = 300 - постоянный коэффициент, /1/;

x = 1 - показатель степени при глубине резания, /1/;

y = 0,75 - показатель степени при подаче, /1/;

n = -0,15 - показатель степени при скорости резания, /1/;

Kp - поправочный коэффициент, учитывающий условия резания,

определяется по формуле:

                                                        Kp = Kmp*Kup*Kуp*Kлp*Krp,                                          (6)

              где Kmp = 1 - коэффициент, учитывающий влияние материала детали на силовые зависимости, /1/;

Kup, Kуp, Kлp, Krp - коэффициенты, учитывающие влияние параметров режущей части инструмента на силу резания, Kup = 1; Kуp = 1; Kлp = 1; Krp = 1, /1/;

                                                        Kp = 1*1*1*1*1 = 1 .

              По формуле (5) вычисляется сила резания:

                                                                     1      0,75        -0,15

                                          Pz = 10 * 300 * 1 * 0,175 * 150,79 * 1 = 382,51 Н.

              Мощность резания определяется по формуле:

                                                                      N = Pz*Vф ,                                                                      (7)

                                                                            1020*60

                                                                      N = 382,51 * 150,79 = 0,94 кВт.

                                                                                  1020*60

              Основное время перехода рассчитывается по формуле:

                                                                      To =   L   +   L    ,                                                        (8)

                                                                               n*s      n*sy

              где s = 0,175 мм/об - рабочая подача инструмента;

sy = 3 - ускоренная подача отвода инструмента;

n = 1200 об/мин - частота вращения шпинделя;

L - длина пути обработки, мм, определяется по формуле:

                                                                      L = l + l1 + l2  ,                                                        (9)

              где l = 25 мм - длина пути резания;

l1 = 3 мм - врезание;

l2 = 3 мм - перебег.

              Тогда

                                                                      L = 25 + 3 + 3 = 31 мм.

              По формуле (8) вычисляется основное технологическое время  на 1  переходе 5 токарной операции:

                                                        To =        31        +       31       = 0,15 мин.

                                                                 1200 * 0,175          1200 * 3

Аналогично рассчитываются остальные режимы резания.

2) Расчет режимов резания для сверлильной операции (015)

Определение скорости резания и частоты вращения

Исходные данные для расчётов: D = 5 мм – диаметр отверстий; сталь 45X – обрабатываемый материал; P18 – материал инструмента; форма заточки сверла – двойная, с подточкой поперечной кромки и ленточки (ДПЛ); 2φ = 118˚; ψ = 55˚; α = 11˚; 2φо = 70˚; w = 30˚; σв = 570 МПа; L = 10 мм – длина отверстия.

Глубина резания [12]: t = 10 мм; для сверления стали с σв = 58 кгс/мм2 сверлом диаметром 5 мм рекомендуемая подача So = 0,09÷0,13 мм/об. при L < 5D => (10 < 5·5) мм => (10 < 25) мм. Поправочные коэффициенты равны 1.

Определяем скорость резания. Принимаем среднее значение диапазона подач: So = 0,11 мм/об. Скорость резания [12]: , где Сv – коэффициент скорости; D – диаметр отверстий (мм); So – подача (мм/об); Т – временной период стойкости сверла (мин.); qv, m, yv, xv – степенные коэффициенты; Кv – общий поправочный коэффициент.

, где ; показатель nv при сверлении -0,9; См – коэффициент обрабатываемости, равный 1; ;

Klv = 1,0; Kuv = 1,0; Kv = 0,026·1,0·1,0 = 0,026; Cv = 3,6; qv = 0,65; xv = 0; yv = 0,7; m = 0,2; для сверла диаметром 5 мм из быстрорежущей стали для обработки конструкционной стали T = 20 (мин.).

Скорость резания [12]:

Частота вращения [12]:

При значении φ = 1,41 по нормали 11-1 выбираем n = 1350 (об/мин), тогда значение скорости резания [12]:

Определение крутящего момента и осевой силы

Крутящий момент [12]: Мкр = 10 · Cм · Dqm · Soym · Kр , где См = 0,0345; qm = 2; ym = 0,8; Kр = Kмр = (570/750)0,75 = 0,81

Мкр = 10 · 0,0345 · 162 · 0,380,8 · 0,77 = 3,22 (Hм).

Осевая сила [12]: Ро = 10 · Ср · Dqp · Soyp · Kp , где Ср = 68; qp = 1; yp = 0,7; Kp = Kмр; np =0,75; Kмр = (σв/750)np = (570/750)0,75 = 0,81

Ро = 10 · 68 · 16 · 0,380,7 · 0,77 = 1398 (H).

Определение мощности резания

Мощность резания [12]: , где Мкр – крутящий момент; n – частота вращения; Мкр = 3,22 (Н); n = 1350 (об/мин), тогда .

4 Проектирование приспособления

4.1 Выбор расчетной схемы приспособления

Заготовка на операции сверления базируется по наружной поверхности диаметром 66 мм (рисунок 10).

Рисунок 10 – Схема базирования на сверлильной операции 010

В качестве установочных элементов применяются стандартные элементы станочных приспособлений.

.

Рисунок 11 –Приспособление сверлильное

4.2 Силовой расчет приспособления

Усилие зажима рассчитаем по программе SAPR (Автоматизированный расчет зажимных элементов приспособления). Программа представляет собой удобное и точное средство расчета. Программа представлена на рисунке 12.

Рисунок 12 – Приспособление сверлильное

Исходные данные для расчета:

Материал детали – сталь;

Материал инструмента – быстрорежущая сталь;

Метод обработки – сверление;

Вид привода – пневмопривод;

Глубина резания: t = 2,5;

Подача: S = 0,1мм/об;

Частота вращения; n = 1350об/мин;

Диаметр инструмента d = 5мм;

Плечо силы: а = 4

Крутящий момент на сверле: М =  3220Н/м;

Рассчитанное усилие зажима: W= 9708 Н.

5 Компоновка автоматизированной производственной системы

Число станков и тип производства определяем по программе ОргТехПро на компьютере.

Рисунок 12 – Программа ОргТехПро.

Выбранное количество станков приведено в таблице 8.

Таблица 8 – Количество станков

Компоновка автоматизированной линии, показана на рисунке 13.

Рисунок 13 – автоматизированная линия

Заключение

Особенностью технологических процессов автоматизированного производства является их интенсификация путем концентрации операций и переходов, применения новых высокопроизводительных методов обработки, максимальной автоматизации управления процессом механической обработки.

Методика проектирования автоматизированного технологического процесса механической обработки в принципе та же, что и неавтоматизированного.

Оборудование выбирают в зависимости от методов и сложности обработки поверхностей заготовки, масштаба выпуска. К нему предъявляют общие требования обеспечения заданного качества объектов производства при максимальной производительности и экономичности.

В данной курсовой работе для расчёта детали полумуфта были использованы программы: «Компас-3D V12» и специальные программы для расчета параметров механической обработки. Эти программы значительно облегчают работу инженеру, снижают процент ошибки и появления брака.