Технологический процесс механической обработки детали "Винт"

Измерение размеров заготовки. Существует достаточно большое количество способов косвенного измерения параметров в процессе обработки, основанных на измерении заготовки. При механическом косвенном измерении контроль размеров осуществляется с помощью щупов. Анализируются различные методы измерения деталей непосредственно на станке. Деталь может измеряться с помощью щупа, закрепленного в инструментальной головке, которая с помощью УЧПУ перемещается относительно детали. Этот метод требует значительных дополнительных затрат, а также высокой точности станка и его измерительной системы. Рассматриваются вопросы применения контактных датчиков, оснащенных щупами, на станках с УЧПУ типа CNC. Контактные датчики используются в цикле обработки, но не во время процесса резания. Использование такого способа на операциях настройки инструмента дает экономию времени до 95%.

Кроме механического способа измерения существует ряд других способов (пневматических, оптических, индуктивных, емкостных, фотоэлектрических, электронных) для определения размерных характеристик заготовки, которые могут использоваться и для косвенных измерений параметров износа инструмента. Но точность измеренных параметров износа невысокая, так как она зависит от ошибок при изготовлении элементов системы обработки, ошибок, вызванных упругими деформациями в системе обработки, погрешностей вследствие температурных деформаций и т.д. Возможно использование и лазерных датчиков для косвенного измерения износа или длины инструмента, так как они относятся к классу датчиков высшего качества, точности и надежности измеренных параметров заготовки.

Измерение шероховатостей обработанной поверхности. Шероховатость обработанной поверхности зависит от геометрических характеристик режущей части инструмента. Одной из таких характеристик является износ инструмента. Анализ показывает, что шероховатость трудно использовать в качестве контролируемого параметра в силу его нестабильности, т.е. работа такой системы будет мало надежной. В то же время измерение шероховатости характеризуется большой сложностью, требующей применения точного оборудования.

Измерение температуры резания и электрических характеристик зоны резания. Метод косвенного измерения параметров износа инструмента путем непрерывного или периодического измерения температуры резания в процессе обработки основывается на зависимости между температурой резания и параметрами износа инструмента для заданного сочетания материала заготовки и инструмента и для данных условий и режимов обработки.

В качестве критерия износа используется интенсивность тепловыделения в зоне резания. Считается, что одним из наиболее простых и надежных методов автоматического контроля износа инструментов в условиях малолюдной технологии является измерение теплового потока в инструменте, определяемого перепадом температур в двух точках корпуса инструмента в близи режущих кромок.

Существует устройство для непрерывного контроля тепловыделения инструмента в процессе обработки резанием. Твердосплавная режущая пластина впаивается в медную оправку, в теле которой имеется сквозное отверстие. Оправка с пластиной устанавливается с помощью изолированной прокладки или покрытия на резце. Через отверстие в оправке в процессе обработки непрерывно протекает вода, играющая роль теплоносителя.

В период изнашивания режущей кромки твердосплавной пластины разность температур входящего и выходящего потоков воды непрерывно возрастает и достигает своего максимального значения при полном износе пластины. Разность температур потоков воды измеряется мостовым методом непрерывно в процессе обработки. Недостатками метода является: малая точность, необходимость специального инструмента.

Измерение Т.Э.Д.С. (термо-электродвижущей силы резания) позволяет получить информацию из зоны резания о состоянии режущего инструмента непосредственно путем измерения Т.Э.Д.С., генерируемой в зоне скользящего контакта режущего инструмента с обрабатываемой деталью. Существуют результаты при исследовании влияния технологических режимов, а также износа инструмента на параметры Т.Э.Д.С. (постоянную и переменную составляющие), интенсивность колебаний в различных частотных диапазонах, измеренные методом естественной термопары. Показано, что износ инструмента, в основном, влияет на переменную составляющую Т.Э.Д.С.

Для измерения ее величины необходимы токосъемник и изолирование режущего инструмента от станка, что в реальных условиях эксплуатации вызывает ряд дополнительных трудностей. Надо отметить и тот факт, что в литературе нет строгих зависимостей между термоэлектрическими явлениями и износом режущего инструмента.

Виброакустические измерения. Ряд исследований посвящен определению зависимости между вибрациями станков и износом инструмента. Все работы в этом направлении можно разделить на 2группы:

1. Использующие в качестве сигнала волны акустической эмиссии, колебания генерируемые в зоне резания, в диапазоне частот, больших 100 КГц;

2. Использующие в качестве сигнала параметры колебаний технологической системы и колебаний, генерируемых в зоне резания в диапазоне от 20 Гц до 60 КГц, включающем звуковой диапазон.

При исследовании колебаний технологической системы станка с износом инструмента связывают и соотношение между высокочастотными и низкочастотными колебаниями технологической системы.

При исследовании сигналов акустической эмиссии используют спектральный анализ, интегральные характеристики, а также амплитудный анализ сигналов.

Вибрационный метод, основан на регистрации характеристик вибрации инструмента в процессе обработки. Предлагается разлагать виброакустический сигнал на низкочастотные и высокочастотные составляющие, по соотношению которых судят об износе инструмента.

Судить о достоинствах и недостатках данного метода сложно, так как в разных источниках приводятся самые разные данные по распределению спектра вибраций и, соответственно, предлагается использовать различные его участки для диагностирования состояния режущего инструмента.

Интенсивность высокочастотных волн напряжений (полоса частот обычно 200-1200 КГц) может быть использовано в качестве диагностического сигнала о состоянии инструмента, обрабатываемости материала, и для оптимизации скорости резания и геометрии инструмента. Основным недостатком метода является то, что датчик для регистрации процессов акустической эмиссии необходимо располагать непосредственной близости от зоны резания. Во всех публикациях отмечено, что датчик наклеивался непосредственно на резец, т.к. даже неподвижный стык ослабляет регистрируемый сигнал более, чем в 10 раз.

Силовые измерения. Одним из наиболее известных косвенных способов контроля состояния режущего инструмента является способ, основанный на измерении сил резания и крутящего момента.

Сила резания является наиболее информативным параметром, характеризующим непосредственно взаимодействие режущего инструмента и детали. Дело в том, что уже давно было замечено возрастание составляющих сил резания с ростом фаски износа инструмента по задней грани. Если измерять степень затупления резца шириной фаски износа по задней грани, то все составляющие силы резания растут.

Поскольку о величине сил резания судят на основании измерения деформаций элементов технологической системы, нагруженных этими силами, то предпринимались попытки измерять деформации элементов, достаточно удаленных от зоны резания. Это делалось для того, чтобы не снижать универсальность станков и упростить конструкцию динамометрической системы. Но в этом случае не удается избежать конструктивных сложностей.

С изменением износа режущего инструмента изменяется сила резания, что приводит к изменению крутящего момента в процессе резания. Поэтому регистрация крутящего момента может служить параметром по которому можно оценить износ, поломку или целостность инструмента. В качестве контролируемого, параметра предлагается использовать электрический ток в цепи привода подачи и в электродвигателе главного привода, который пропорционален крутящему моменту. Отмечается запаздывание токового сигнала на40-80 мс от сигнала датчика в трехкомпонентном резцедержателе при ступенчатых изменениях глубины резания. Поэтому такой сигнал может быть использован для контроля поломок инструмента при черновых операциях.

Измерение мощности резания. В результате изменения крутящего момента на валу двигателя вследствие изменения состояния режущего инструмента изменяется его потребляемая мощность. Поэтому регистрация колебания потребляемой из сети мощности приводными электродвигателями может служить параметром, по которому можно оценить износ режущего инструмента. Такой метод измерения является одним из наиболее простых для контроля состояния режущего инструмента в процессе резания. К достоинствам данного способа контроля следует отнести его простоту, невысокую стоимость, доступность информативного параметра, отсутствие существенной модернизации оборудования.

С помощью электронных устройств контроль целостности инструмента может осуществляться путем измерения мощности, развиваемой электродвигателем. Ограничением для использования таких устройств являются случаи обработки инструментами малого диаметра, при которых мощность, развиваемая приводным электродвигателем, практически не отличается от мощности холостого хода.

Другой существенный недостаток способа заключается в том, что датчики, следящие за величиной крутящего момента и мощностью, развиваемой электродвигателем, недостаточно эффективны, так как изменение крутящего момента и мощности происходит недостаточно быстро.

Устройство контроля состояния инструмента по току электродвигателя главного привода позволяет зафиксировать износ инструмента при превышении уровня тока, например на 20%, и поломку инструмента при его возрастании на 50%, выдавая команду на остановку станка.

4. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Исходные данные берем из технологического раздела проекта и материалов преддипломной практики, и заносим их в таблицу 4.1.

4.2 Расчет величины инвестиций

Расчет инвестиций должен включать единовременные вложения в основные фонды предприятия и нормированную величину оборотных средств И, тыс. руб.

И = Ко.ф + Но.с, (4.5)

где Ко.ф - капитальные вложения в основные фонды, тыс. руб.

Но.с - норматив оборотных средств на годовой объем выпуска данного изделия, тыс. руб.

Базовый вариант: И = 123095,35+201600 = 324695,35 тыс. руб.

Проектируемый вариант: И = 108495,955+ 201600 = 310095,955 тыс. руб.

4.2.1 Расчет капитальных вложений

В общем случае величина капитальных вложений включает следующие составляющие, Ко.ф, тыс. руб.:

Ко.ф = Кзд + Коб + Ктр + Кинс + Кинв + Ксоп, (4.6)

где Кзд - капитальные вложения в здания (стоимость производственной площади), тыс. руб.;

Коб - капиталовложения в рабочие машины и оборудование,

Ктр - капиталовложения в транспортные средства, тыс. руб.;

Кинс - капиталовложения в инструмент, тыс. руб.;

Кинв - капиталовложения в производственный инвентарь, тыс. руб.;

Ксоп - сопутствующие капиталовложения, тыс. руб.

Капитальные вложения в здания. Стоимость производственной площади зданий определяется по формуле Кзд, тыс. руб.

, (4.7)

где Si - площадь, приходящаяся на единицу оборудования i-го наименования, м2;

С прi - принятое количества единиц оборудования;

Кд - коэффициент, учитывающий дополнительную площадь (проходы и т.п.; см. раздел 1.5);

S - площадь, потребная для размещения транспортных средств, систем управления станками с ЧПУ и т.д., м2;

Цзд - стоимость одного квадратного метра производственной площади, тыс. руб. Для базового и предприятия Цзд = 95 тыс. руб./ м2.

Базовый вариант:

Кзд=(5,1+4+4+2,6+4+4,8+3,6+3,8+1,0+2,9+2,9+2,9+6,6+4,8)·95 = 5035 тыс. руб.

Проектируемый вариант:

Кзд=(5,1+3,9+2,6+4+4,8+3,6+3,48+1,0+2,9+2,9+2,9+6,6+4,8)·95 = 4615,1 тыс. руб.

Капиталовложения в рабочие машины и оборудование Коб, тыс. руб.

,· (4.8)

где Цi - свободная отпускная цена единицы оборудования i-го наименования, тыс. руб.;

АТ - коэффициент, учитывающий транспортные расходы (АТ = 0,02...0,05); принимаем АТ = 0,05;

АМ - коэффициент, учитывающий затраты на монтаж оборудования (АМ = 0,02...0,05); принимаем АМ = 0,05.

Базовый вариант:

Коб=(1+0,05+0,05)·(13232+17930+9872+8472+17930+1635+5058+6149+1259+6151+5364·2+2899+1635)= 113245 тыс. руб.

Проектируемый вариант:

Коб=(1+0,05+0,05)·(13232+18000+8472+17930+1635+5058+3436+1259+6151+5364·2+2899+1635)=99478,5 тыс. руб.

Капиталовложения в транспортные средства, инструмент и производственный инвентарь

Стоимость транспортных средств определяет Ктр, тыс. руб.

, (4.9)

где Ттрi - принятое количество транспортных средств i-го наименования;

Цтрi - цена i-го вида транспортных средств;

к - число единиц транспортных средств на участке.

На участке находятся: электрокар, стоимостью Цэк = 475 тыс. руб.; электропогрузчик, стоимостью Цэп = 943 тыс. руб.

Базовый вариант: Ктр = 1418 тыс. руб.

Проектируемый вариант: Ктр = 1418 тыс. руб.

Затраты на дорогостоящую технологическую оснастку и инструмент принимаем в размере 1% от стоимости оборудования. Стоимость, производственного инвентаря принимаем в размере 2% от стоимости оборудования.

Базовый вариант:

Кинс = 113245·0,01 = 1132,45тыс. руб.;

Кинв = 113245·0,02 = 2264,9 тыс. руб.

Проектируемый вариант:

Кинс = 99478,5·0,01 = 994,785 тыс. руб.;

Кинв = 99478,5·0,02 = 1989,57 тыс. руб.

4.2.2 Расчет оборотных средств

Величина оборотных средств определяется укрупнено в размере, необходимом для приобретения основных и вспомогательных материалов.

Стоимость основных материалов в расчете на одно изделие Зо.м, тыс. руб.

, (4.10)

где n - количество видов материала, используемых в изготавливаемом изделии;

Нмi - норма расхода материала i-го вида на одно изделие, кг;

Цомi - цена основного материала i-го вида за 1 кг, тыс. руб.; Цо.м = 0,376 тыс. руб.;

Кт.з - коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы (Кт.з=1,05...1,08); принимаем Кт.з =1,08.

Стоимость вспомогательных материалов на одно изделие принимается укрупнено в размере 1% от стоимости основных материалов.

Общая сумма оборотных средств на годовой объем выпуска изделий Ноб, тыс. руб.,

. (4.11

Базовый вариант: Ноб = (3,0·1,6)·42000 = 201600 тыс. руб.

Проектируемый вариант: Ноб = (3.0·1,6)·42000 = 201600 тыс. руб.

Результаты расчета инвестиций сводим в таблицу 4.3.