Технологический процесс изготовления ступицы переднего колеса автомобиля ВАЗ-2123

Тшт = 2,14·2,91 =6,21мин.

Операция 15 Токарная

То=0,00018(92·7,5+26·70)+0,000052(92²-35²)=0,83мин

Тшт = 2,14·0,83 =1,76мин.

Нормы времени остальных операций взяты из операционных карт ВАЗа.

Базовый вариант

Операция 05 Токарная(черновая)

То=0,00052·23·25+0,000037(182²-35²)+0,00017·(98·14+182·7)+ 0,00052·23·25+0,000037((40²-30²)+(108²-98²)+(182²-108²))+0,00017·(40·60 +108·5+98·5)=3,43мин

Тшт = 2,14·3,43 =7,35мин.

Операция 10 Токарная(получистовая)

То=0,00017·52·10+0,0001(40·61+108·5+98·5)+0,000052·(182²-98²)+ +0,00052·23,5·60+0,00018·27,5·18,5+0,00018(92·7,5+26·70)+0,000052(92²-35²)=3,31мин

Тшт = 2,14·3,31 =7,1мин.

Операция 25 Токарная(чистовая)

То=0,0001·(40·61+98·5)+0,000052(182²-108²)=1,41мин.

Тшт=2,14·1,41=3,0 мин.

Остальные операции не меняются.

Таблица 6.1

Режимы резания и нормы времени проектного варианта

Операция	Переход (пози- ция)	Глубина t, мм	Скорость V,м/мин	Подача S,мм/об	Частота n, об/мин	Основное время То, мин	Штучное время ТШТ, мин	Штуч.-калькул. время ТШТ-К, мин
1	2	3	4	5	6	7	8	9
05 Токарная	2 3 1	1,1 1,0 11,5	143 173 28,9	0,8 0,2 0,3	250 600 400	0,93	2,6	2,7
10 Токарная	1 2 3 4 5 6 7 8	11,5 1,0 1,0 3,5 0,35 11,75 0,3 0,3	28,9 143 173 28,9 373 12,2 373 373	0,3 0,8 0,2 0,3 0,25 0,25 0,25 0,25	400 250 600 400 1250 165 1250 1250	2,91	6,21	6,3
15 Токарная	1 2	0,4 1,5	361 72	0,25 0,18	1250 250	0,83	1,76	1,9
20 Протяжная	-	1,34	9	-	-	0,6	0,8	0,9
23 Моечная	-	-	-	-	-	5,0	0,545	0,6
25 Расточная	Уст.А 1 2 Уст.Б 1 2	0,35 0,3 0,11 0,35	370 125 125 235	0,25 0,12 0,12 0,25	1250 1000 1000 1250	0,6	1,29	1,4
30 Слесарная	-	-	-	-	-	0,32	0,38	0,4
35 Шлифовал.	-	0,1	50	0,005	400	0,75	1,3	1,4
40 Шлифовал.	-	0,1	50	0,005	400	0,9	1,3	1,4
45 Агрегатная	(1) (2) (3) (4) (5) (6)	- 6,5 - 0,4 0,5 0,1	- 20,4 - 17,3 17,3 11	- 0,3 - 0,6 0,6 0,6	- 500 - 400 400 250	0,35	0,81	0,9
50 Накатная		-	-	-	-	0,2	0,42	0,5
55 Моечная	-	-	-	-	-	5,0	0,545	0,6

7. Научные исследования

Базовая токарная операция 10 техпроцесса обработки детали «Сту-пица переднего колеса автомобиля ВАЗ-2123» имеет неоптимальные ре-жимы 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.

7.1 Описание перехода

Операция сверления техпроцесса обработки ступицы переднего колеса ВАЗ-2123 включает в себя сверление отверстия ш 23 (рис. 8.1).

Операционный эскиз.

Рис. 8.1

Переход выполняется в один проход горизонтальной подачей сверла ш23.

Заготовка детали - штамповка из стали 40ХГНМ.

Режущий инструмент - сверло спиральное усовершенствованное (п.7.2.4) ш 23 Р6М5.

Минимальная стойкость сверла - 120 мин.

Оборудование - токарный станок с ЧПУ 16К20РФ3с5 с ха-рактеристиками:

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

· подача шпинделя: 0,06…1,8 мм/об.

· мощность электродвигателя: 13 кВт.

· масса: 3,9 т.

Режимы резания:

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

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

Основное время обработки: ф_о= 1,5 мин.

Глубина резания: 60 мм.

Сверлильный переход обеспечивает требования точности и шерохо-ватости поверхностей, но в то же время производительность операции до-статочно мала.

7.2 Ограничение режимов резания по различным параметрам

7.2.1 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:

, (8.1)

S_min = 0,06 мм/об.; S_max = 1,8 мм/об.

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

Прологарифмировав полученные значения, имеем:

lg х_min = lg 2,455 = 0,39

lg х_max = lg 108,38= 2,035

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

lg S_max = lg 1,8 = 0,255

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

На рис. 8.2 закрашенный прямоугольник позволяет получить допус-тимые скорость резания и подачу в логарифмических координатах по пер-вому ограничению.

Первое ограничение

Рис. 8.2

7.2.2 Ограничение по мощности привода главного движения станка

Мощность станка (практическая) определяется по формуле:

, (8.2)

где N_эф - мощность резания, определяемая так [5]:

, (8.3)

где M_кр - крутящий момент при сверлении;

з - КПД станка, з = 0,895.

Крутящий момент рассчитывается по формуле [5]:

, (8.4)

где См - коэффициент, при сверлении стали 40ХГНМ быстрорежу-щей сталью равен 0,0345;

D - диаметр сверления, D = 23 мм.;

S - подача;

К_м.р. - коэффициент, учитывающий материал заготовки, в данном случае равный ;

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

Проделаем различные преобразования:

(8.5)

В п.8.1 сказано, что мощность станка равна 13 кВт., следова-тельно, имеем:

13 ? 0,317М S^0,8М х

S^0,8М х ? 41,01,

Прологарифмировав, имеем:

0,8 lg S + lg х ? 1,613.

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

0,8 х₁ + х₂ ? 1,613

х₂ ? 1,613 - 0,8 х₁

Второе ограничение

Рис. 8.3

По рис. 8.3 можно определить допустимые скорости резания и по-дачу в логарифмических координатах по второму ограничению (закрашен-ная область).

7.2.3 Ограничение по шероховатости обрабатываемой поверхности

Шероховатость вычисляется по эмпирической формуле [6]:

 (8.6)

Для обеспечения заданного качества шероховатость после сверления должна быть равной 10 мкм.

Имеем:

Подставим заданные величины, имеем:

,

Прологарифмировав последнее неравенство, получим:

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

0,12 х₁ + 0,41 х₂ ? -0,1439

Третье ограничение

Рис.8.4

На рис. 8.4 в закрашенной области - допустимые параметры в логарифмическом виде по третьему ограничению.

7.2.4 Ограничение по стойкости инструмента

Скорость сверления рассчитывается по формуле [5]:

(8.7)

где С_х, q, m, y - коэффициенты, находящиеся по табл. 28 [5, стр. 278];

Т - стойкость сверла.

(8.8)

где К_mх - коэффициент на обрабатываемый материал;

К_uх - коэффициент на инструментальный материал;

К_lх - коэффициент, учитывающий глубину сверления.

(8.9)

Из формулы (2.6) выведем формулу для расчёта стойкости:

(8.10)

Имеем:

Прологарифмировав, получим:

0,2 lg T = lg 22,67 - lg х - 0,5 lg S

Минимальная стойкость сверла должна быть равна 120 мин.

0,2 lg 120 ? lg 22,67 - lg х - 0,5 lg S

Подставив вместо lg S x₁ и вместо lg х - x₂, имеем:

0,4158 ? 1,3555 - х₂ - 0,5х₁

Окончательно выводим ограничение по стойкости:

х₂ + 0,5 х₁ ? 0,9397

Четвертое ограничение

Рис.8.5

По рис. 8.5 можно определить допустимые скорость резания и подачу по четвёртому ограничению (заштрихованная область).

Этих ограничений достаточно, чтобы определить оптимальные значения режимов резания.

7.3 Определение целевой функции

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

Производительность определим по формуле [3]:

(8.11)

где tмаш - основное машинное время, определяемое по формуле:

(8.12)

где L_p.x. - длина рабочего хода; L_p.x. = 60 мм.

- минутная подача.

В итоге имеем формулу для расчёта производительности:

(8.13)

Прологарифмировав, получим:

lg W = lg 0,21 + lg S + lg х

Заменяя lg W = Z - целевая функция, lg S = x₁ и lg х = 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.

7.4 Оптимизация режимов резания графическим методом

На рис. 4.1 построим ограничение и увидим область оптимальных значений скорости и подачи в логарифмических координатах.

Графический метод оптимизации

Рис.8.6

Из графика (рис. 8.6) 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.

(8.14)

Чтобы найти координаты т.Б надо решить систему (8.14) 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 х = 1,3064

S = 10 ^-0,7334 = 0,18 мм / об

х = 10 ^1,3064 = 20,25 мм / об

Имеем оптимальные значения:

S = 0,18 мм/об.; х = 20,25 м/мин.

Минутная подача тем самым будет равна:



Основное время обработки:

Следовательно, время обработки снизилось в 1,26 раза (на 0,31мин.), а производительность в то же время во столько же раз увеличилась.

7.5 Оптимизация режимов резания с помощью симплекс-таблиц

Выбираем три ограничения, наиболее близких к точке Б (рис.8.6) и сведём их в систему неравенств:

(8.15)

(8.16)

Целевая функция: Z_max = х₁ + х₂ - 0,6778

Теперь преобразуем систему неравенств (8.16) в систему уравнений, добавляя при этом единичную матрицу.

(8.17)

Целевая функция будет иметь вид:

Z_max = 1х₁ + 1х₂ + 0х₃ + 0х₄ + 0х₅ - 0,6778

Определим чему равны х₃, х₄, х₅ из системы уравнений (8.17) и найдём Z_min.

(8.18)

Z_min = 0,6778 - х₁ - х₂ = 0,6778 - (х₁+х₂)

Полученные значения записываем в симплекс-таблицу

СП БП	СЧ	Х1	Х2	(8.19)
Х3	0,9397	0,5	1
Х4	- 0,1439	0,41	0,12
Х5	- 0,39	0	-1
Zmin	0,6778	1	1

Теперь надо добиться того, чтобы в последней строке таблицы (8.19) 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.

СП БП	СЧ	Х1	Х3	(8.20)
Х2	0,9397	0,5	1
Х4	-0,257	0,35	- 0,12
Х5	0,55	0,5	1
Zmin	- 0,2619	0,5	- 1
СП БП	СЧ	Х4	Х3	(8.21)
Х2	1,307	- 1,429	1,171
Х1	-0,734	2,857	-0,343
Х5	- 1,31	-1,429	1,171
Zmin	0,105	-1,429	-2

В последней строке таблицы (8.21) 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 ступицы переднего колеса ВАЗ-2123 усовершенствование режимов резания.

В результате оптимизации режимов резания повысилась производительность операции в 1,26 раза, следовательно, в реальном производстве это принесло бы хороший экономический эффект.

8. Расчёт и проектирование режущего инструмента

В качестве объекта проектирования примем комбинированную (круглую и шлицевую режущие части) протяжку.

Исходные данные:

диаметр получаемого отверстия D_о, мм - 24,76 ^+0,13; шлицев D_ш,мм - 26,88^+0,23

материал заготовки - 40ХГНМ;

длина L, мм - 62;

модель станка - 7Б65;

тяговая сила станка Р_с, Н - 100000;

наибольшая длина хода салазок l_px, мм - 1250;

твердость НВ 290.

Расчет:

1) Припуск на протягивание круглого отверстия:

, (9.1)

,

2)Диаметры отверстия до протягивания переднего направления D_n и первого зуба протяжки D₀₁:

(9.2)

3)Расстояние до первого зуба:

(9.3)

4)Диаметр хвостовика d₁:

d₁=18 мм.

5)Площадь хвостовика F_х ,определяющая его прочность:

F_х = 1134,1 мм².

6)Шаг режущих зубьев:

(9.4)

7)Принятый шаг зубьев:

8)Наибольшее число одновременно работающих зубьев:

(9.5)

Принимаем z_max = 8.

9)Глубина стружечной канавки h_k:

h_k= 4 мм.

10)Площадь стружечной канавки F_k:

F_k= 20 мм².

11)Коэффициент заполнения стружечной канавки K:

К= 5,7.

12)Подача, допустимая по размещению стружки в канавке:

(9.6)

13)Наибольшее усилие, допустимое хвостовиком:

у_x, (9.7)

у_x= 300 МПа,

14)Наибольшее усилие, допустимое протяжкой на прочность по первому зубу:

у₁ = (9.8)

15)Расчетная сила резания:

(9.9)

16)Подача, допустимая по силе резания:

(9.10)

х = 8/10;

;

17)Примерная длина режущей части:

(9.11)

Принятые значения:

18) S_z = 0,06мм - для черновых круглых зубьев

S_z = 0,04мм - для чистовых круглых зубьев

S_z = 0,05мм - для шлицевых зубьев

19)Диаметры режущих зубьев(мм) с учетом принятых схем резания, чисел зубьев и выбранных подач S_z :

черновых круглых: D₁=24,22, D₂=24,22, D₃=24,22, D₄=24,22, …, D₁₆=24,22 (на нечетных зубьях с №1 по №15 сделать по 8 выкружек, расположив их равномерно по окружности);

шлицевых: D₁₇=24,65, D₁₈=24,70, D₁₉=24,75, …, D₆₆=27,10;

чистовых круглых: D₆₇=24,64, D₆₈=24,68, …, D₇₁=24,80; D₇₂=24,82, D₇₃=24,84, D₇₄=24,86, D₇₅=24,88.

20)Число режущих зубьев:z_P = 75.

21)Длина режущей части:

(9.12)

22)Число зубьев калибрующей части:z_K =2.

23)Шаг калибрующих зубьев:

(9.13)

24)Длина калибрующей части:

(9.14)

25)Длина заднего направления протяжки:l₃ = 117мм.

26)Общая длина протяжки:

(9.15)

27)Необходимая длина рабочего хода:

(9.16)

28)Передний угол :

29)Угол правки круга для заточки угла

30)Наибольший диаметр круга для заточки:

(9.17)

31)Наибольший диаметр D_{0 max} протягиваемого круглого отверстия:

32)Допуск на изготовление черновых зубьев 0,015 мм, чистовых - 0,01мм

33)Диаметр калибрующих зубьев: 24,88_-0,01 мм.

34)Твердость: режущей части, передней и задней направляющих - 64…66 HRCэ, хвостовиков - 42…47 HRCэ.

35)Напряжение в опасном сечении: у = 27,8 кг/мм².

Чертёж протяжки представлен в графической части.

9. Расчет и проектирование станочного приспособления

Задача раздела: спроектировать приспособление для базирования и закрепления ступицы на операции 25 при обработки ее на вертикальном двухшпиндельном расточном станке «Альфинг».

9.1 Сбор исходных данных

Технологический переход. Точить поверхности ш, ш96 и расточить пов. ш27,5, выдерживая размеры 9,5±0,1, 12,1±0,1 и углы 15є, 60є.

Операционный эскиз

Рис. 10.1

Вид и материал заготовки - 40ХГНМ, в= 785 МПа, после токарной обработки.

Режущий инструмент - резец подрезной Т15К6 и оправка расточная с 4-х угольной пластиной Т15К6.

Металорежущий станок - вертикальный двухшпиндельный расточной станок «Альфинг».

Режимы резания - подача Sм= 98/210 мм/мин, V=171/400 м/мин, n=700 об/мин.

Тип оснастки - одноместное специализированное безналадочное приспособление(СБП) .

9.2 Расчет сил резания

При наружном точении и растачивании тангенциальная составляющая силы резания рассчитывается по формуле [5]:

, (10.1)

где t - глубина резания;

s - подача за оборот;

V - скорость резания;

Ср, х, y, n - коэффициенты, зависящие от условий обработки;

Кр - поправочный коэффициент, представляющий собой произведение ряда коэффициентов (Кр=К_мр·К_цр·К_гр·К_лр·К_rp), учитывающих фактические условия резания.

Мощность резания, кВт, рассчитывают по формуле [5]:

(10.2)

Крутящий момент, Н·м, возникающий при точении определяется так:

(10.3)

При точении пов. 6, 7 и 27 сила резания равна:

Рz= 10 · 300 ·0,35¹ ·0,25^0,75 · 400^-0,15 ·()^0,75 = 157 Н

При растачивании пов. 19* сила резания равна:

Рz= 10 · 300 ·0,35¹ ·0,25^0,75 · 171^-0,15 ·()^0,75 = 178 Н

Мощность резания при точении пов. 6, 7 и 27 получается равной:

Мощность резания при растачивании пов. 19* получается равной:

Мкр=9550 ·(1,03+0,5) / 700 = 20,9 Н ·м

9.3 Разработка и расчёт схемы установки

При токарной обработке на операции 25 технологическими базами служат:

скрытая технологическая база - ось цилиндрического отверстия с диаметром, равным диаметру делительной окружности шлицев 20, реализуемая с помощью беззазорного центрирующего устройства при контакте его установочно-зажимных элементов со шлицами в точках по делительной окружности;

явная(реальная) база- торец 30, реализуемая при установке на опорную поверхность приспособления.

Схема установки представлена на рис. 10.2.

Схема установки

Рис. 10.2

9.4 Расчёт усилия зажима

Для расчёта силы зажима заготовки W вычерчиваем схему её закрепления (рис. 10.3), определяем направления, относительно которых возможны повороты или смещения заготовки.

Схема закрепления

Рис. 10.3

Момент крутящий Мкр стремиться провернуть заготовку относительно оси, но этому препятствуют моменты закрепления создаваемые силами трения.

Когда короткая заготовка диаметром D установлена в патроне с n кулачками сила закрепления W , рассчитывается по формуле [17]:

, (10.4)

где f - коэффициент трения. При контакте обработанных поверхностей заготовки с опорами и зажимным механизмом f=0,16;

- коэффициент запаса, учитывающий нестабильность силовых воздействий на заготовку.

Коэффициенты: Ко=1.5 - гарантированный коэффициент запаса; К1=1,0 -коэффициент, учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях заготовки при чистовой обработке; К2=1,0 - коэффициент, учитывающий затупление инструмента при чистовом точении и растачивании; К3=1,0 - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при непрерывистом резании; К4=1,0 - характеризует постоянство силы, развиваемой пневматическим устройством двустороннего действия; К5=1,0 - характеризует эргономику немеханизированного зажимного механизма; К6=1,0 - учитывается только при наличии моментов, стремящихся повернуть заготовку, установленную плоской поверхностью.

К=1,5 ·1,0 ·1,0 ·1,0 ·1,0 ·1,0 ·1,0 =1,5

Если в результате расчета коэффициент запаса К окажется меньше 2,5, принимают К=2,5.



9.5 Расчёт зажимного механизма и силового привода

При расчёте зажимного механизма определяем усилие Q, создаваемое силовым приводом.

Величина усилия Q на штоке силового привода равна:

, (10.5)

где i - передаточное отношение, для клинового зажимного механизма равное:

, (10.6)

б=20є - угол наклона клина;

ц= arctg f - угол трения между двумя поверхностями. f=0,1 - трение стали по стали.

Q=272 / 1,637 = 166 H.

Диаметр поршня пневматического привода рассчитывается по формуле:

(10.7)

где Р - давление рабочей среды. Примем расчетное давление Р=0,4МПа.

Исходя из особенностей конструкции приспособления принимаем диаметр поршня ДП= 60 мм.

9.6 Расчёт приспособления на точность

Погрешность приспособления рассчитывается по формуле:

(10.8)

где Т=0,14- допуск операционного размера

Кт =1 - коэффициент, учитывающий отклонение рассеяния значений составляющих величин от закона нормального распределения;

Кт1=0.8 - коэффициент, учитывающий уменьшения погрешности базирования при работе на настроенных станках;

_б=0 - погрешность базирования в направлении операционного размера;

_з=0 - погрешность закрепления в направлении операционного размера;

_у=0,02- погрешность установки, равная половине радиального биения операционного размера;

- погрешность износа установочного элементов приспособления

 (10.9)

U0 - средний износ установочных элементов при усилии зажима Р=10кН и базовом числе установок N=100000

К1, К2, К3, К4 - соответственно коэффициенты, учитывающие влияние материала заготовки, оборудования, условий обработки и числа установок заготовки.

К1=0.972 - сталь незакалённая

К2=1 - тип оборудования

К3=0.962 - точение стали

К4=1.82 - число установок Nф=5000

U0=0.155 - установочного элемента из стали 40Х

мм

Кт2=0.6 - коэффициент, учитывающие долю погрешности обработки в сумарной погрешности, вызываемый факторами, независищими от приспособления.

=JT8=0.018 - экономическая точность обработки

мм

Вывод: В результате расчёта приспособления на точность были найдены погрешность установки у=0,02 мм, погрешность приспособления пр=0,1 мм, износа установочных элементов приспособления и=0,013 мм. При расчёте зажимного механизма и силового привода было определено усилие W=272Н, создаваемое пневматическим силовым приводом с диаметром поршня ДП= 60 мм, усилие зажима Q=166H.

9.7 Описание приспособления

Приспособление предназначено для базирования и закрепления заготовки ступицы при ее обработке на вертикальном двухшпиндельном расточном станке «Альфинг».

Приспособление содержит корпус 10, который устанавливают на столе станка и закрепляют винтами; тягу 9, которая нижней шейкой ввинчивается в шпиндель станка; оправку центрирующую в сборе 1, базирующуюся в корпусе 10 и регулируемую винтами 17; кулачки 5, расположенные в кольце 4 и втулке 8; пальцы опорные 3, устанавливаемые на кольцо 13, в свою очередь расположенное на кольце 12; крышку 7, закрепляемую винтами 18.

Приспособление работает следующим образом: заготовку устанавливают на центрирующую оправку 1 до опорных пальцев 3 и кулачки оправки с помощью тарельчатых пружин оправки базируют ее по оси цилиндрического отверстия с диаметром, равным диаметру делительной окружности шлицев. После этого шток пневмоцилиндра двигает тягу 9 вниз; втулка 8 при помощи винтов 20 также тянется вниз, тем самым по клину недвигающегося кольца 4 поджимая кулачки 5 к заготовке. Закрепление окончено. После обработки пневмоцилиндр двустороннего действия двигает тягу 9 вверх. Процесс раскрепления аналогичен процессу закрепления. Как только кулачки 5 отойдут от поверхности обработанной детали, она вынимается из оправки 1, преодолев силы упругости тарельчатых пружин. Система принимает исходное положение.

10. Расчет и проектирование контрольного приспособления

В качестве объекта проектирования контрольного приспособления примем приспособление для контроля размеров: 8,7±0,1, 22,5±0,1, 5,5±0,1 и непараллельности торцевых поверхностей, равной 0,2.

10.1 Расчет точности приспособления

На рис. 11.1 изображены контролируемые величины.

Контролируемые размеры

Рис. 11.1

Для расчета точности контроля составим размерные контуры для каждого из замыкающих звеньев (контролируемые размеры).

На рис. 11.2: А0, Б0, В0 соответственно замыкающие размеры 8,7±0,1, 22,5±0,1, 5,5±0,1; А1, Б1, В2 - эталонные размеры: соответственно 35, 35, 80,5; А2, Б2, В1 - явные размеры по чертежу приспособления: соответственно 43,7, 57,5, 75.

Получаем уравнения размерных цепей:

[A0] = A2 - A1

[Б0] = Б2 - Б1 (11.1)

[B0] = B2 - B1

Уравнения решим по способу равных допусков. Допуск замыкающего звена известен, надо найти допуски на составляющие звенья.

ТА0 = ТА2+ТА1+л

ТБ0 = ТБ2+ТБ1+л , (11.2)

ТВ0 = ТВ2+ТВ1+л

где л - погрешность измерительного прибора.

Размерные цепи

Рис. 11.2

Отсюда находим допуски нужных размеров:

ТА1 =ТА2 = =(0,2 - 0,001)/ 2 =0,0995

ТБ1 =ТБ2 = =(0,2 - 0,001)/ 2 =0,0995

ТВ1 =ТВ2 = =(0,2 - 0,001)/ 2 =0,0995

Получаем размеры с отклонениями:

А1=Б1=35±0,04;А2=43,7±0,04;Б2=57,5±0,04;В1=75±0,04;В2=80,5±0,04.

Но т.к. допустимая погрешность измерения не должна превышать (0,25…0,35)Тd, умножим полученные отклонения на 0,25. Окончательно имеем:

А1=Б1=35±0,01;А2=43,7±0,01;Б2=57,5±0,01;В1=75±0,01;В2=80,5±0,01.

10.2 Описание контрольного приспособления

Приспособление предназначено для контроля линейных размеров и непараллельности после токарной операции 10.

Приспособление содержит плиту 5, которая ножками 21 ставится на стол; эталоны 6 и 25; пальцы 7, впрессованные в плиту 5; упор 12, закрепленный на плите 5 с помощью винтов 18; опору 2; стойку 1; кронштейн 11, закрепленный винтами 16 на опоре 2.

Приспособление работает следующим образом: измеряемая деталь ставится на стойку 1 и прижимается к упору 12. Для измерения размера 5,5±0,1 скалка 9 вместе со штоком 10 и электроконтактным преобразователем 3 вставляется в эталон 6 и преобразователь 3 выставляется на «нуль». После чего скалка 9 вставляется в отверстие ш 21,8 до пальца 7. Электроконтактный преобразователь воспринимает контролируемое перемещение своим измерительным стержнем и передает сигнал об измеряемом допуске размера. Для измерения размеров 8,7±0,1, 22,5±0,1 держатель преобразователя 3 вставляется в эталон 25, и вышеперечисленные действия повторяются, только держатель вставляется во втулку 28. Для измерения непараллельности деталь вращают вокруг своей оси и смотрят на экране изменение размера 8,7±0,1: разность между наибольшим и наименьшим отклонением и есть непараллельность. Измерение окончено.

11. Расчет и проектирование участка механической обработки детали

11.1 Расчет необходимого количества оборудования

Деталь - ступица переднего колеса автомобиля ВАЗ-2123, предназначена для передачи крутящего момента от хвостовика корпуса наружного шарнира равных угловых скоростей. Работает при небольших динамических нагрузках. Ступица изготовлена из стали 40ХГНМ ТУ 14-1-261-72. Годовая программа выпуска 5000 штук, при двухсменном режиме работы. Среднесерийное производство. Деталь представлена на листе 1.

Таблица 12.1

Определение штучного времени проектного варианта

№ операции	Наименование операции	Наименование оборудования	Время, мин
			Тшт.
1	2	3	4
05	Токарная	Станок токарно-револьверный 1П371	2,6
10	Токарная	Станок токарный с ЧПУ 16К20РФ3с5	6,21
15	Токарная	Станок токарно-револьверный 1П371	1,76
20	Протяжная	Вертикальный протяжной станок 7Б65	0,8
25	Расточная	Вертикальный двухшпиндельный расточной станок «Альфинг»	1,29
35	Шлифовальная	Станок торцекруглошлифовальный 3А110	1,3
40	Шлифовальная	Станок торцекруглошлифовальный 3А110	1,3
45	Агрегатная	Агрегатный станок	0,81
50	ППД. Накатная	Накатной станок “Медисон”	0,42

Таблица 12.2

Определение штучного времени базового варианта

№ операции	Наименование операции	Наименование оборудования	Время, мин
			Тшт.
1	2	3	4
05	Токарная (точение черновое)	Станок токарный с ЧПУ 16К20РФ3с5	7.35
10	Токарная (точение получистовое)	Станок токарный с ЧПУ 16К20РФ3с5	7,1
15	Протяжная	Вертикальный протяжной станок 7Б65	0.8
20	Расточная	Вертикальный двухшпиндельный расточной станок «Альфинг»	1,29
25	Токарная (точение чистовое)	Станок токарный с ЧПУ 16К20РФ3с5	3,0
35	Торцекруглошлифовальная	Станок торцекруглошлифовальный 3А110	1,3
40	Агрегатная	Агрегатный станок	0,81
45	Торцекруглошлифовальная	Станок торцекруглошлифовальный 3А110	1,3
50	ППД. Накатная	Накатной станок “Медисон”	0.42

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

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

, (12.1)

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

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

, (12.2)

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:

, (12.3)

где Пг - годовая программа выпуска, Пг=5000;

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

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

Пг.зап=5000(1+0,15)(1+0,02)=5865дет.

Такт выпуска будет равен:

 (12.4)

Для расчета количества станков, требуемых для выполнения операций S_расч, необходимо определить станкоемкости операций t_c. = t_шт, где t_шт - штучное время.

S_расч= t_шт / (12.5)

Результаты внесем в таблицы 12.3 и 12.4

Таблица 12.3

Число единиц основного оборудования проектного варианта

Операция	tшт.	Sрасч.=Кз	Sприн
1	2	3	4
05 Токарная	2,6	0,062	1
10 Токарная	6,21	0,148	1
15 Токарная	1,76	0,042	1
20 Протяжная	0,8	0,019	1
25 Расточная	1,29	0,031	1
35 Шлифовальная	1,3	0,031	1
40 Шлифовальная	1,3	0,031	1
45 Агрегатная	0,81	0,019	1
50 Накатная	0,42	0,01	1
			Общее число станков Sобщ = 9 шт.

Таблица 12.4

Число единиц основного оборудования базового варианта

Операция	tшт.	Sрасч.=Кз	Sприн
1	2	3	4
05 Токарная	7,35	0,176	1
10 Токарная	7,1	0,17	1
15 Протяжная	0,8	0,019	1
20 Расточная	1,29	0,031	1
25 Токарная	3,0	0,072	1
35 Шлифовальная	1,3	0,031	1
40 Агрегатная	0,81	0,019	1
45 Шлифовальная	1,3	0,031	1
50 Накатная	0,42	0,01	1
			Общее число станков Sобщ = 9 шт.

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

Nдог = (Sпр - Sр) · Фд · 60 / Тшт · Ку , (12.6)

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

Nдог(оп.05)= (1-0,062) · 4090 · 60 / (2,6 ·1,05) = 84315 дет.

Nдог(оп.10)= (1-0,148) · 4090 · 60 / (5,21 ·1,05) = 39250 дет.

Эти и остальные результаты расчётов сведём в таблицу 12.5.

Проводим заново расчёт необходимого количества оборудования по формуле:

Sр = Тшт · (Nr + Nдог) / Фд · Квн · 60 , (12.7)

Результаты расчётов занесем также в таблицу 12.3.

Коэффициент загрузки оборудование определяется как отношение расчётного числа к проектируемому:

Кз = Sp / Sпр (12.8)

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

Средний коэффициент загрузки оборудования будет составлять 0,862.

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

Таблица 12.5

Догрузка оборудования для проектного варианта

Операция	Nдог	Sрасч.=Кз	Sприн
1	2	3	4
05 Токарная	84315	0,86	1
10 Токарная	39250	0,854	1
15 Токарная	127210	0,862	1
20 Протяжная	286590	0,864	1
25 Расточная	174200	0,863	1
35 Шлифовальная	174200	0,863	1
40 Шлифовальная	174200	0,863	1
45 Агрегатная	283050	0,864	1
50 Накатная	550890	0,865	1
			Общее число станков Sобщ = 9 шт.

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

Таблица 12.6

Число единиц вспомогательного оборудования проектного варианта

Наименование вспомогательных отделений	Число станков в отделении, шт.
Ремонтная база	1
Заточное отделение	1
Отделение ремонта технологической оснастки	1

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 / Ф_р, (12.9)

где Т - трудоемкость годового выпуска изделий в часах;

Т = N t_шт / 60, (12.10)

Т =5865 (2,6+5,21+1,76+0,8+1,29+1,3+1,3+0,81+0,42) / 60 = 1514 час,

Ф_р - действительный годовой фонд времени работы рабочего, Ф_р= 1731 час.

Р = 1291/1731 = 1 чел.

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

Р_общ=Р_расч·(1+В_о /100) ·С, (12.11)

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

Р_общ=9·(1+12 /100)=10 чел.

Состав и численность остальных рабочих определим в зависимости от числа производственных рабочих. Данные заносим в табл. 12.7

Таблица 12.7

Численность рабочих всех категорий.

Группа работающих	Общее число	Обоснование расчета
	В 2 смены	В 1 смену
Производственные Рабочие	20	10	-
Вспомогательные рабочие	8	4	40 % от числа производственных рабочих
ИТР	2	1	12 % от - - -
Служащие	2	1	2 % от - - -
МОП	2	1	1.5 % от - - -
Всего работающих	34	17	-

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 табл. 3.1 [ ,с.17].

S_пр. = S_уд. S_общ. (12.12)

S_пр. = 25 9 = 225 м²

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

- помещение ОТК (5% от станочной площади) - 12 м²

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

- склад материалов и заготовок (10 % от станочной площади) - 24м²

- 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) - 5 м²

- кладовая приспособлений (0.2 м² на один станок) - 2 м²

Итого: общая вспомогательная площадь S_всп=80 м²

Тогда общая площадь участка:

S_общ. = S_пр.+ S_всп. (12.13)

S_общ. = 225 + 85 = 310 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 [14].

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 - ступицы переднего колеса автомобиля ВАЗ 2123 достигает в проектируемом варианте 5000 деталей в год при двусменном режиме работы. Поэтому механическая обработка ступицы переднего колеса автомобиля ВАЗ 2123 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 сквозного отверстия), протягивание, сверление пяти отверстий по периферии диска ступицы, шлифовальные операции (шлифование наружных поверхностей и торцов), ППД (накатка галтелей в опасных сечениях для снятия остаточных напряжений) и т.д.). 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 13.1

Краткая характеристика проектируемого варианта.

№ операции	Наименование операции	Оборудование (тип, модель)
00	Заготовительная	КГШП
05	Токарная	Токарно-револьверный станок 1П371
10	Токарная	Токарный станок с ЧПУ 16К20РФ3с5
15	Токарная	Токарно-револьверный станок 1П371
20	Протяжная	Вертикально - протяжной станок 7Б65
25	Расточная	Вертикал. 2-х шпиндельный расточной станок ”Альфинг”
30	Слесарная	Стол рабочий
35	Шлифовальная	Торцекруглошлифовальный станок 3А110
40	Шлифовальная	Торцекруглошлифовальный станок 3А110
45	Агрегатная	Агрегатный станок с поворотным горизонтным столом
50	Накатная	Накатной станок «Медисон»
55	Моечная	Моечная машина
60	Контрольная	Контрольный стол

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-лобовом двухшпиндельном станке «Вайсер» сверлом Р6М5 в три прохода, состоящем из двухсторонней рассверловки и последующего удаления перегородки, с параллельной токарной обработкой. 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 токарном станке с ЧПУ16К20РФ3с5 усовершенствованным сверлом Р6М5 с увеличенным периодом стойкости (Т=120 мин.) за три прохода, 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 - ступица переднего колеса ВАЗ 2123:

- 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 ступицы переднего колеса ВАЗ 2123 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.