Разработка технологического процесса обработки детали

Разработка технологического процесса операции по обработке заготовки с расчетом режимов резания. Расчеты режущих, измерительных инструментов и необходимых приспособлений а также их экономической эффективности по норме штучно-калькуляционного времени.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 06.08.2011
Размер файла 398,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Норма штучного времени обработки детали:

Tшт=(tа+tвр·kтв)·(1+k/100) (2.88)

где tа=tоа+tва? автоматическое время на операцию

tоа= - основное автоматическое время на операцию, мин; (2.89)

tва - вспомогательное автоматическое время, мин;

tвр -вспомогательное ручное время , мин;

ктв - поправочный коэффициент на вспомогательное время;

k-суммарное время на обслуживание рабочего места и личные потребности в процентах от оперативного времени

l=L+lвр +lпер - расчетная длина обработки, мм;

где L - длина обрабатываемой поверхности, мм;

lвр - длина врезания, мм;

lпер- длина перебега инструмента, мм;

n - частота вращения шпинделя, об/мин;

S - подача, мм/об.

tвр=tву+tвиз+tвоп (2.90)

где tву- время на установку и снятие заготовки, мин /карта3/

tвиз- время на измерение, мин / карта15 /

tвоп- время на работы и команды ,связанные с выполнением операции, мин / карта14/

tвр=0,1+1+0,5=1,6 мин

tва=tсминс+tсмреж+tхх, (2.91)

где tсминс=0.04 мин - время на одну смену инструмента;

tсмреж=0.02 мин- время на одну смену режимов резанья;

tхх- время холостых ходов, мин

tхх=

tва=0.04*9+0.02*9+0.8=1.34 мин

Tп-з= Tп-з1+ Tп-з2+ Tп-з3 (2.92)

Tп-з1- норма времени на организационную подготовку, мин /карта21/

Tп-з2- норма времени на наладку станка, приспособления, инструмента, программных устройств, мин /карта 21/

Tп-з3- норма времени на пробную обработку детали, мин /карта 28/

Tп-з=10+12.2+3.7=25.9 мин

Рассчитаем основное время для операции

tоа1=

tоа2=

tоа3=

tоа4=

tоа5=

tоа6=

tоа7=

tоа8=

tоа9=

tоа=0.82+0.37+0.375+0.125+0.165+0.096+0.023+0.019+0.013=2 мин

tа=2+1.34=3.34 мин

kтв=0.91/карта 1/;

k=14 % /карта16 /

Tшт=(3.34+1.6·0.91)· = 5.8 мин

Tш-к=5.8+26/500 = 5.9 мин

Нормирование 010 Комбинированной операции проводится аналогичным способом.

Табл. 2.10 Сводная таблица технических норм времени по операциям, мин

Номер и наименование операции

tа

tвр

kтв

k, %

Tшт

Tп-з

n

Tш-к

tоа

tва

005 Комбинированная

2

1.34

1.6

0.91

8

5.8

26

250

5.9

010 Комбинированная

6.9

2.67

3.1

0.91

8

12.5

26.5

250

12.6

2.9 Технико-экономическое обоснование проектного

технологического процесса

Целесообразность разработанного процесса механической обработки заготовки определим на основе сравнительной экономической эффективности двух вариантов: проектного и базового /9/.

Экономическая эффективность рассчитывается по величине годовой экономии на приведенных затратах:

Сп=Сп'-Сп" (2.93)

где Сп',Сп" - сумма годовых приведенных затрат базового и проектного вариантов, руб.

проектного

Сп=(Ст+Eн·K) (2.94)

где Cт - годовая технологическая себестоимость операции, руб;

K - сумма годовых капитальных затрат на операции, руб;

Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, Ен=0,15.

Капитальные затраты определяем по формуле:

К=Ср(Ко+Кзд+КСЛЖПУ) (2.95)

где Ср - расчетное количество станков, требуемых для обработки годового выпуска деталей на операции ,шт;

Ко - вложение средств в оборудование ,руб;

Кзд - вложения в производственные помещения, руб;

КСЛ - вложения в служебно-бытовые помещения, руб:

КЖ - вложения в жилищное и культурно-бытовое строительство, руб;

Кпу - вложения в комплект управляющих программ, руб.

Вложение средств в оборудование определяем по формуле:

Ко=Кто+Кпт+Кк, (2.96)

где Кто - вложения в технологическое оборудование, руб.

Кпт - вложения в подьемно-транспортное оборудование, руб;

Кк - вложения в средства контроля, руб.

Кто=Цто·Кт (2.97)

где Цто - оптовая цена станка, руб;

Кт - коэффициент, учитывающий расходы на транспортировку Кт=1,1.

Кпт=0.12·Кто (2.98)

Кк=0.012·Кто (2.99)

Вложения в производственные помещения определяем по формуле:

Kзд=Цпп (S+Sy) ?, (2.100)

где Цпп - стоимость 1 кв.м производственной площади механического цеха;

S - площадь занимаемая станком, м2;

Sy - площадь ,занимаемая выносными элементами, м2;

? - коэффициент,учитывающий дополнительную производственную площадь, приходящуюся на дополнительное оборудование.

КСЛСП*SCЛСТНДОП) (2.101)

где ЦСП - стоимость 1 м2 служебно-бытовых помещений, приходящейся на одного рабочего.

SСЛ - площадь служебно-бытовых помещений, приходящейся на одного рабочего.

РСТ, РН, РДОП - соответственно количество станочников, наладчиков и дополнительных рабочих, приходящихся на один станок.

Рст= (2.102)

где Fр- действительный годовой фонд времени рабочего.

d - количество станков, обслуживаемых одним рабочим, шт.

КВ - средний коэффициент выполнения норм времени. При обработке на станках с ЧПУ КВ=1.

Рн= (2.103)

где tн - время наладки станка. Для укрупненных приближенных расчетов можно принять tн=0,7tп-з

n - количество станков, обслуживаемых одним станочником, шт.

Рдоп= (2.104)

где - коэффициент загрузки каждого рабочего места.

(2.105)

где S - принятое количество оборудования на каждой станочной операции.

Расчет технологической себестоимости:

Основан на использовании нормативов себестоимости одного машино-часа работы оборудования.

Ст=(Счс+Счи+Счэ+Сча+Счр+Счэл+Счп+Счир)+Собсл+

+Спп+СПУСЛ, руб (2.106)

где Счс,Счн,Счэ - нормативы затрат по заработной плате станочников наладчиков и электронщиков приходящихся на 1 час работы оборудования, со всеми начислениями, к/ч;

Сча,Счр,Счэл - нормативы затрат на амортизацию оборудования, ремонт и электроэнергию, приходящихся на 1 час работы станка, к/ч;

Счп,Счир - нормативы затрат на амортизацию и ремонт приспособлений и инструментана 1 час работы, к/ч.

Собсл - годовые затраты на обслуживание и ремонт ЧПУ, руб.

Спу - годовые затраты на подготовку и возобновление управляющих программ, руб.

Спп, Ссл - годовые затраты на амортизацию и содержание производственных и помещений, руб.

Спу= , руб (2.107)

где Кпу - стоимость управляющей программы на операцию в зависимости от метода программирования .

Кз=1,1 - коэффициент, учитывающий возобновление программы;

Z - продолжительность выпуска детали одного наименования .

Спп=Нпп(S+Sy)*,руб (2.108)

где Нпп - стоимость амортизации и содержания 1 м2 площади механического цеха и служебно-бытовых помещений (затраты на освещение, отопление, вентиляцию, ремонт и уборку). Расчеты приведены в таблицах

Сравнение вариантов технологического процесса.

1. Исходные данные: годовой объем выпуска: 6000 шт.;

Таблица 2.11. Базовый технологический процесс

№ п/п

Модель станка

Цена, тыс.руб.

Штучное время, мин.

Капит. затраты, руб.

Технол. себестоимость, руб.

Приведенные затраты, руб.

005

ВМ127

34,848

2,45

25853

1659770

1663647,95

010

ГФ2171Ф3

170,262

5,14

122407

2755840

2774201,05

015

ГФ2171Ф3

170,262

5,5

130980

2944840

2964487

020

2А554

360,5

2,6

10698

1097600

1099204,7

025

2А554

360,5

2,45

10081

1035200

1036712,15

030

2А554

360,5

4,7

19340

1971200

1974101

Итого

319359

11464450

11512353,85

Таблица 2.12. Проектный технологический процесс

№ п/п

Модель станка

Цена, тыс.руб.

Штучное время, мин.

Капит. затраты, руб.

Технол. себестоимость, руб.

Приведенные затраты, руб.

005

ИР500ПМФ4

3500

5,8

103288

1875420

1890913,2

010

ИР500ПМФ4

3500

12,6

224385

4006540

4040197,75

Итого

327673

5881960

5931110,95

Результаты расчета:

Величина годовой экономии: 5581242,9, руб

2.10 Описание и расчет инструментальных наладок

На листах графической части представлены инструментальные наладки на 2 комбинированные операции проектного техпроцесса.

Инструментальная наладка дает наглядное представление о наладке станка на проектируемую операцию. На ней показан эскиз обрабатываемой заготовки в рабочих положениях. На эскизе выделены утолщенной линией обрабатываемые поверхности и приведены их операционные размеры, шероховатости обрабатываемых поверхностей, а также установочные базы . Обработка на каждой позиции ведется из исходной точки. Так как на разрабатываемой операции наладка многоинструментальная, то инструмент пронумерован в порядке обработки и расположения в инструментальном магазине станка. На наладке изображены схемы движения инструмента с указанием рабочих и вспомогательных ходов, опорные геометрические и технологические точки. На каждом листе помещена таблица с данными по оборудованию, режущему инструменту, режимам обработки, нормам времени.

2.11 Сравнительная технология

Сравнительная технология представлена в графической части . На листе наглядно изображена технология базового и проектного варианта, штучные времена по операциям и технологические базы. Как результат эффективности проектируемого варианта, посчитано общее штучное время по сравниваемым техпроцессам.

Достоинства базового техпроцесса:

- в качестве приспособлений используются универсально- сборочные приспособления, что снижает стоимость данных приспособлений.

- немаловажным фактором является заработная плата рабочих. На универсальных станках работают рабочие с более высоким разрядом, чем на станках с ЧПУ, следовательно, заработная плата у них выше.

Недостатки базового техпроцесса:

- большая трудоемкость детали, следовательно, высокая технологическая себестоимость изделия.

- малая концентрация операции, следовательно, большое вспомогательное время.

- требуется большая трудоемкость рабочих, для установки детали в приспособление, так как установка производится вручную.

- используется специальный режущий инструмент, что увеличивает затраты на его разработку и изготовление.

Достоинства проектного техпроцесса:

- большая концентрация операции

- использование стандартизованного режущего и мерительного инструмента

- трудоемкость изготовления детали ниже, чем в базовом, следовательно, технологическая себестоимость ниже.

- использование современного оборудования, которое, как показали экономические расчеты, окупается в течение 4,3 лет

Недостатки проектного техпроцесса:

- требуется специальное приспособление, что увеличивает затраты на его проектирование и изготовление.

- заработная плата рабочих ниже, так как на станках с ЧПУ работают рабочие с невысоким разрядом.

3.Конструкторский раздел

3.1 Проектирование станочных приспособлений

Классификация приспособлений.

Технологическая оснастка способствует повышению производительности труда в машиностроении и ориентирует производство на интенсивные методы его ведения.

Применение технологической оснастки , особенно переналаживаемого типа не только обеспечивает , но и расширяет технологические возможности как универсальных , так и станков с ЧПУ , гибких производственных модулей и робототехнических систем.

Технологическая оснастка классифицируется по нескольким признакам:

1. По целевому назначению приспособления делят на пять групп:

1.1. Станочные приспособления(токарные, сверлильные , фрезерные и т.д.);

1.2. Приспособления для крепления рабочих инструментов;

1.3. Сборные приспособления;

1.4. Контрольные приспособления;

1.5. Приспособления для захвата, перемещения и перевертывания обрабатываемых заготовок.

2. По степени специализации приспособления делят на универсальные , специализированные и специальные.

Универсальные приспособления (УП) применяются для установки и закрепления заготовок разных по форме и габаритным размерам , обрабатываемых на различных металлорежущих станках , в единичном и мелкосерийном производствах(патроны , машинные тиски и т.д.).

Универсальные безналадочные приспособления (УБП) используются для закрепления широкой номенклатуры и различной конфигурации(универсальные -фрезерные и слесарные тиски).

Универсально-наладочные приспособления (УНП) применяются для установки и закрепления определенной группы схожих по форме заготовок деталей, обрабатываемых на токарных , фрезерных и других станках. Состоят из универсально-базового и сменных наладочных элементов(мелкосерийное и серийное производство).

Специализированные безналадочные приспособления (СБП) используют для закрепления заготовок , близких по конструктивно-технологическим признакам , с одинаковыми базовыми поверхностями , требующих одинаковой обработки . Приспособления для групповой обработки деталей типа валиков , втулок, фланцев , дисков и т.д.

Специализированные наладочные приспособления (СНП) состоят из двух частей . Первая часть - базовый агрегат и, вторая часть - специальная сменная наладка . Базовый агрегат несет основную базовую поверхность , на которую устанавливаются специальные сменные наладки под обрабатываемую заготовку. Применяются детали близких по конфигурации , но отличающимися размерами , с целью увеличения производительности обработки ( серийное производство в условиях групповой обработки заготовок ).

Универсально-сборные приспособления (УСП) собирают из нормализованнных деталей и узлов, входящих в комплект УСП . Этот комплект состоит из базовых , корпусных , прижимных и других деталей . Имеется возможность быстрой сборки различных вариантов , что делает УСП экономически выгодно. В УСП используют гидро-, пневмо и магнитные устройства. УСП применяют в опытном , единичном , мелкосерийном , частично среднесерийном типах производствах . На их типе разработаны универсально-сборные механизированные приспособления (УСМП).

Сборно-разборные приспособления(СРП). Компановки СРП собираются из стандартных деталей и сборочных единиц. Широко применяются на токарно-фрезерных станках и станках с ЧПУ(серийное и крупносерийное производство).

Специальные приспособления(СП) используются для выполнения определенной операции при обработке конкретной детали , они являются одноцелевыми ./15/

Расчет станочного приспособления.

Методика расчета взята из/2/.

В условиях групповой обработки заготовок в серийном производстве, с целью увеличения производительности обработки применяют СНП.

Приспособление спроектировано на 005 Комбинированную операцию. Деталь базируется на призму с упором в торец. Также присутствуют силовые зажимы, которые фиксируют заготовку по верхней поверхности и 2-м боковым отверстиям.

Первоначально для силового закрепления по верхнему фланцу используются жесткие опоры, что может привести к возможному перекосу детали. Поэтому для нашего приспособления спроектируем силовой зажим с самоустанавливающимися (плавающими) опорами, что позволит нам снизить погрешность установки.

Вычислим, необходимую силу зажима, обеспечивающую надежное закрепление заготовки и не допускающую сдвиг, поворот или вибрацию заготовки при обработки.

Рис. 3.1. Расчетная схема

Рассчитаем силу зажима из условия отсутствия сдвига.

, (3.1)

где W- сила зажима, кгс

Py- сила резания , прижимающая заготовку к опорам, кгс

Pz- сила резания, стремящаяся сдвинуть заготовку в боковом направлении, кгс

f1,f2- коэффициенты трения, f1=f2=0,1

К- коэффициент запаса для обеспечения надежности закрепления заготовки:

K=K0K1K2K3K4K5 (3.2)

где К0=1,5 - коэффициент гарантированного запаса;

К1=1.15 - коэффициент, характеризующий увеличение сил резания вследствие затупления инструмента;

К2=1.2- коэффициент, учитывающий изменение величины припуска заготовки;

К3=1 - коэффициент, учитывающий изменение сил закрепления в зависимости от типа зажимного устройства;

К4=1 - коэффициент, учитывающий эргономичность;

К5=1,5 - коэффициент, учитывающий проворачивающие моменты.

K=1.5*1,15*1,2*1*1*1,5=3,105

Так как на фрезерном переходе по расчетам получаются самые большие режимы резания, следовательно, максимальная сила зажима потребуется при фрезеровании. Ее и рассчитаем.

кгс

Рассчитаем винтовой механизм.

(3.3)

rср- средний радиус резьбы, мм; rср= 8 мм

l- длина рукоятки, мм ;l= 200 мм

- угол подъема резьбы

(3.4)

где S- шаг резьбы, мм; S=1,75

tg=0,03

По табл.4[] по номинальному диаметру резьбы выбираем длину рукоятки l и силу Q.

W=кгс

Расчеты показали, что винтовой зажим может обеспечить ту необходимую силу, которая требуется для надежного закрепления заготовки.

3.2 Расчет контрольного приспособления

Методика расчета взята из /25/.

Приспособление предназначено для контроля размера 162,50,2.

Для данного приспособления спроектировано устройство для беззазорного базирования шарикового типа. Беззазорное базирование обеспечивается за счет небольших натягов шариков 0,01-0,02. Устройство работает следующим образом: в исходном положении шарики находятся в углублениях, которые сделаны во втулке. Как только прижим начинает прижимать заготовку, та в свою очередь оказывает давление на сепаратор, в котором вмонтированы шарики, и, за счет этого давления шарики выходят из лунок и разжимаются, что и исключает зазор.

Суммарная погрешность контрольного приспособления может быть

рассчитана по формуле:

(3.5)

где y- систематическая составляющая погрешностей изготовления установочных элементов приспособления

p- систематическая составляющая погрешностей передаточных устройств

э- систематическая составляющая погрешностей изготовления эталона

б- погрешность базирования детали в контрольном приспособлении

з - погрешность закрепления детали в приспособлении

п- случайная составляющая погрешностей передаточных устройств

э- случайная составляющая погрешностей изготовления эталона

м- погрешность метода измерения, вызываемые погрешностями измерительных устройств

Суммарная погрешность не должна превышать допуска контролируемого размера.

Т- допуск контролируемого параметра; Т=0,4

0,023 0,1

Данное неравенство выполняется, следовательно, контрольное приспособление спроектировано и подобрано для контролируемого параметра правильно.

3.3 Проектирование средств автоматизации производственного

процесса

Автоматизация контроля на станках с ЧПУ

Быстрое развитие машиностроительной промышленности и растущие требования, предъявляемые к точности, качеству и геометрической форме и шероховатости поверхности сопрягаемых деталей, ставят задачу более широкого внедрения в производство автоматизации контроля деталей.

Внедрение активного контроля деталей на машиностроительных заводах приводит к повышению качества деталей изготавливаемых машин, автоматизации технологических процессов, уменьшению трудоемкости и стоимости изготовления деталей, снижению потерь от брака и сокращению числа контролеров, а также к обеспечению повышения точности заданных размеров путем компенсации погрешностей, вызываемых упругими деформациями технологической системы «станок - приспособление - инструмент - обрабатываемая деталь» (СПИД) и износом режущего инструмента. Составляющие системы СПИД вызывают рассеивание размеров деталей, обрабатываемых на металлорежущих станках. Погрешности обработки деталей, зависящие от упругих деформаций технологической системы СПИД, трудно компенсировать предварительной настройкой станка, так как они являются случайными.

Целью данного раздела является частичное устранение недостатков, вызываемых системой СПИД, за счет оснащения станков с ЧПУ устройством автоматического контроля точности обработки, в частности, станка ИР500ПМФ4 индикатором контакта модели БВ4272./27/

3.3.1 Обоснование необходимости автоматизации системы контроля на многоцелевых станках

Оснащение многоцелевых станков измерительными системами дает следующие преимущества:

возможность осуществления автоматического контроля на станке и проведения соответствующей коррекции по результатам измерений;

возможность реализации на станке гибких технологических циклов, направленных на достижение требуемой точности детали с учетом возникающих в технологической системе отклонений;

возможность получения информации о точности установки на станке заготовки и спутника, и точности установки режущего инструмента и его размерном износе;

возможность определения фактических размеров заготовки для автоматического определения числа ходов и соответствующих режимов обработки.

3.3.2 Выбор средств автоматизации контроля на многоцелевых станках

В машиностроении применяют два метода контроля детали: технологический - активный и послеоперационный - пассивный.

Контроль деталей, выполняемый в процессе их обработки на станке специальными измерительными устройствами, является активным.

Контроль деталей после их обработки на станке путем разбраковки или сортировки по группам с помощью контрольных и сортировочных полуавтоматов и автоматов является послеоперационным пассивным контролем.

По степени автоматизации, автоматизированные измерительные устройства для послеоперационного контроля разделяют на 3 группы: 1) измерительные устройства с измерительным сигналом; 2) полуавтоматические измерительные устройства; 3) автоматические измерительные устройства.

К измерительным устройствам пассивного контроля можно отнести координатную контрольно-измерительную машину (КИМ), управляемую от ЭВМ, или координатных измерительных роботов.

Преимущества КИМ:

высокая точность

сокращение времени и ошибок процесса измерения

позволяет комплексно контролировать точность деталей и автоматически получать результаты измерений.

Однако контроль точности деталей с помощью КИМ имеет ряд недостатков:

высокая стоимость

необходимость в дополнительных производственных площадях для размещения КИМ;

дополнительные затраты на транспортирование деталей в позицию измерения;

невозможность предотвращения появления бракованных деталей.

Названные недостатки КИМ частично устраняют измерительные работы, применяемые для проведения измерений средней точности (от 15 до 45 мин). Они дешевле КИМ обладают высоким быстродействием и позволяют измерять детали непосредственно на конвейере в процессе транспортирования. Однако и измерительные роботы не в состоянии предупредить появления брака.

В зависимости от назначения средства активного контроля разделяют на четыре группы: 1) устройства, контролирующие детали непосредственно в процессе их обработки на станке; 2) подналадчики; 3) блокировочные устройства; 4) устройства, контролируемые детали перед обработкой на станке.

К устройствам, контролирующим детали непосредственно в процессе их обработки на станке, относятся приборы, контролирующие размеры деталей, положение режущей кромки инструмента непосредственно в процессе обработки детали и через цепь обратной связи подающие команду на прекращение обработки при достижении заданных размеров детали.

Подналадчики - это измерительные приборы, которые через цепь обратной связи производят подналадку станка, когда величина контролируемого размера детали выходит за допустимые пределы.

Блокировочные устройства контролируют детали непосредственно после их обработки на станке. Если размеры деталей выходят за заданные пределы, то блокировочное устройство подает команду на прекращение обработки деталей на станке.

Средства, контролирующие детали перед их обработкой, проверяют предельные габаритные размеры и не пропускают на станок детали, выходящие за допустимые размеры.

Вследствие высокой точности позиционирования станков с ЧПУ широкое применение получил способ контроля обрабатываемых деталей и режущего инструмента непосредственно на станке. Геометрические размеры объекта при этом определяются контактным или бесконтактным методами. В состав контрольно- измерительной системы при контактном методе измерения входят измерительный щуп, система обработки информации и выдачи сигнала на подналадку технологической системы. Подналадка осуществляется при соответствующей коррекции управляющей программы.

По принципу работы измерительные щупы могут быть контактного и индуктивного типов.

При бесконтактных методах измерения используются оптические измерители размеров (ОИР) и лазерные устройства.

С помощью ОИР определяется изменение пространственного положения теневой проекции краев контролируемого изделия относительно базовой поверхности калибра. Максимальная погрешность измерений составляет 0,01 мм.

Королевским технологическим институтом Швеции разработан лазер, обеспечивающий контроль диаметра деталей до 300 мм с погрешностью 1 мкм. Измерения проводятся в процессе обработки, при чем кратковременная помеха(попадание стружки в зону измерений) не сказывается на результате. Длительность измерительного цикла- 2-3 с, стабильность измерений- 2-3мкм.

Рассмотрим подробно измерительный щуп электроконтактного типа БВ4272.

Главным достоинством щуповой головки является возможность избежания появления бракованных деталей. А так как на многоцелевых станках изготавливают сложные дорогостоящие детали и получение даже одной бракованной детали крайне нежелательно, то данный факт является немаловажным.

Оснащение многоцелевых станков щуповыми головками дает следующие преимущества:

- возможность осуществления автоматического контроля точности детали и проведение соответствующей коррекции программы;

- возможность получения информации о точности установки на станке заготовки и стола-спутника;

- возможность определения фактических размеров заготовки для автоматического определения числа ходов и соответствующих режимов обработки.

К недостаткам контроля точности детали на станке относятся:

- точность измерения на станке ниже, чем на КИМ, и не превышает фактическую точность позиционирования рабочих узлов станка;

- увеличение продолжительности цикла обработки на станке в связи с последовательным включением в управляющую программу станка измерительных переходов./28/

3.3.3 Сведения об индикаторе контакта модели БВ4272

Назначение и техническая характеристика.

Индикатор контакта модели БВ4272 предназначен для выдачи в систему ЧПУ станка информации о контакте наконечника его щуповой головки с поверхностью детали или инструмента, необходимой для определения размеров деталей положения или состояния инструмента.

Индикатор используется на сверлильно фрезерно-расточных станках, с ЧПУ, в том, числе в условиях автоматизированного производства. Индикатор контакта состоит из щуповой головки для контроля детали, щуповой головки для контроля инструмента, электронного блока и двух фотоприемников.

Направления ощупывания головок х; у; +Z

Принцип действия………………………электроконтактный

Связь с электронным блоком:

головки для контроля детали……… бескабельная, в

инфракрасном диапозоне волн

головки для контроля инструмента …кабельная.

Свободный ход щупа от среднего положения, мм, не менее:

Вдоль оси щупа (Z)…………………… 8

В направлении, перпендикулярном оси щупа (х, у) на длине щупа 50 мм ……………………………………………………………………………….15

Расстояние от щуповой головки для контроля детали до фотоприемника, м, не более ………………………………………… ………1

Погрешность срабатывания контактов датчика при:

постоянном направлении ощупывания;

подаче в момент касания не более 480 мм/мин;

длине щупа 50мм, мкм…………………………………………… …2

Устройство и принцип работы

Конструктивно элементы индикатора контакта выполнены следующим образом:(измерительная головка представлена в графической части). Щуповая

головка имеет герметический корпус 2, к которому с помощью накидной гайки 3 механизм головки. На базовом фланце 4 механизма через 120° закреплены три пары шариков 9, образующих базовые призмы. В этих призмах базируется грибковый рычаг 5, на одном конце которого закреплены три расположенных через 120° электрически изолированных штифта 7, здесь же через 120° размещены три пружины 8, которые создают силовое замыкание, а на другом конце - щуповой наконечник 1. Все шары электрически изолированы от корпуса и соединены последовательно друг с другом при нейтральном положении грибка через штифты грибка. При приложении любого усилия в плоскости, перпендикулярной оси наконечника, или вдоль оси в направлении отрыва штифтов последовательная электрическая цепь разрывается хотя бы в одном из шести точек контакта, что и служит первичным электрическим сигналом. В центре грибка расположен шарик 9, прижимаемый поршнем 10, который обеспечивает совпадение оси головки с осью шпинделя при обточке наконечника. На фланце корпуса имеется четыре затяжных и три установочных винта, что обеспечивает возможность регулирования положения наконечника головки. Уплотнительный чехол 11, кольца 13 и 14 обеспечивают герметизацию головки, а экран 12 обеспечивает защиту чехла от повреждения стружкой. Головка щуповая имеет разъем, который крепится на фланце, для кабельной связи. Также имеется добавочная плата, обеспечивающая преобразование первичного электрического сигнала.

К щуповой головке присоединен корпус 15, внутри которого размещены поршень 10 и пружина 17. С другого конца корпуса крепится втулка КМ2148.

Индикатор контакта функционирует следующим образом: при касании наконечником щуповой головки ощупываемой поверхности происходит разрыв электрической цепи электроконтактного датчика головки. Электроконтактный датчик выполнен таким образом, что отклонение наконечника по любой их трех координат (х, у, z ) вызывает размыкание его электрической цепи, а возвращение в исходное состояние ее замыкание.

В момент перехода от одного состояния к другому электронная схема формируется сигналами, которые затем передаются на электронный блок кабельным способом. Электронный блок преобразует эти сигналы в выходные, обеспечивает обмен сигналами с системой ЧПУ и соответствующую индексацию сигналов.

3.3.4 Схемы автоматического контроля точности

детали - корпуса на станке ИР500ПМФ4

Процесс измерения выполняется по циклу, предусмотренному в программе станка. При этом измеряют координаты отдельных характерных точек обработанной поверхности детали и по алгоритмам, путем расчета, на управляющей ЭВМ определяют достигнутые показатели точности детали. С этой целью различают плановые координаты характерных точек Х6, У6, Z6 , которые определяют расположение точек на контролируемой поверхности и нормальные координаты ? Х6, ? У6 , ? Z6, которые характеризуют отклонение точек по нормативам к измеряемой поверхности.

Схема алгоритма расчета с помощью управляющей ЭВМ

показателей точности

Рассмотрим подробно две схемы измерения точности :

а) положения центра отверстия;

б) расстояния между центрами отверстий;

Рис.3.2. Схема измерения точности положения центра отверстия и диаметра

Для измерения точности положения центра отверстия в направлений одной из координат, например ОY , измерения выполняют в двух точках 1 и 2.

Отклонение центра отверстия вычисляют по формуле:

(3.6)

При необходимости определения отклонения центра отверстия в двух направлениях ОY и ОХ измерения проводят в четырех точках:

(3.7)

Измерение отклонений в 4-х точках позволяет оценить там же точность диаметрального размера и отклонения геометрической формы отверстия в поперечном сечении.

Отклонения диаметральных размеров составят:

в направлении ОХ: ? DХ = ? Х3 + ?Х4

в направлении ОY : ? DY = ? Y1 + ? Y2

Рис.3.3 Схема измерения точности расстояния между центрами отверстий.

В начале по измерениям в точках 1-4 определяем отклонения центра отверстия 1 (?Г, ?А), затем по измерениям в точках 5-8 находим отклонения центра отверстия 2 (? Г, ?А).

Тогда межцентровое расстояние определим по формуле:

(3.8)

где ( х1; y1), (x2, y2) требуемые координаты центрового отверстия 1 и 2.

Требуемое межцентровое расстояние:

(3.9)

Разность выражений (3.3.5.) и (3.3.6) определяет отклонение межцентрового расстояния:

? L = L ф - L (3.10)

/27,28/

3.3.5 Эффективность применения автоматического контроля

на многоцелевых станках

Методика расчета взята из /11/.

Эффективность применения автоматического контроля мы проанализируем за счет сравнения производительностей станка ИР500ПМФ4 с применением измерительной головки и без нее.

Производительность технологического оборудования - количество одной продукции, выдаваемой в единицу времени.

При бесперебойной работе оборудования его производительность определяется двумя факторами: длительностью рабочего цикла и числом изделий, выдаваемых за цикл.

Рассчитываем примерно количество изделий, изготовляемых на станке ИП500ПМФ4 за одну операцию в смену.

Общая формула расчета производительности на станках типа «обрабатывающий центр» выглядит следующим образом:

(3.11)

j - выход годных деталей

t p1 - среднее время единичного перехода при обработке

(3.12)

t p - время рабочего цикла, когда проводится обработка, контроль, сборка и т.д.

S - среднее число переходов, при обработке одной детали

Z -размер партии обрабатываемых деталей

Z = 500

Производительность станка с применением автоматического контроля с помощью измерительной головки.

Длительность цикла будет больше за счет дополнительных измерительных ходов.

S = 9 + 9 = 18

j = 0,99

Z = 500

Производительность без применения автоматического контроля на станке

S = 11

J = 0,8

Z = 500

По результатам расчета видно, что производительность станка без применения автоматического контроля выше, чем с применением.

Но при окончательном анализе следует учитывать тот факт, что изготовление деталей без автоматического контроля на станке не исключает вероятности появления среди них бракованных деталей. А так как на многоцелевых станках изготавливаются сложные дорогостоящие детали, то получение даже одной бракованной детали крайне нежелательно.

Это обстоятельство существенно объясняет эффективность применения автоматического контроля непосредственно на станке.

4. Исследовательский раздел

Исследование деталей на герметичность (дефектность)

Введение

Для металлургической промышленности одной из основных задач на предстоящее пятилетие является улучшение качества черных и цветных металлов. Успешное решение этой задачи во многом зависит от условий работы заводских лабораторий, играющих большую роль в развитии новой техники, а также в освоении, внедрении и разработке прогрессивных технологических процессов и методов контроля.

Важнейшее значение имеет внедрение неразрушающих методов контроля, позволяющих оценивать качество 100% продукции.

Основные преимущества этих методов контроля выявляются при применении их в серийном производстве, тем более, что на ряде предприятий начинает ощущаться значительное отставание призводительности труда на этих операциях по сравнению с операциями производства.

Об удельном весе контрольных операций в технологическом процессе свидетельствуют, например такие цифры. На металлургических предприятиях, выпускающих трубы, на контроле занято 18--20% рабочих (тем больше, чем выше требования к качеству изделий), при этом разрушению подвергается 10--18% труб от партии. На машиностроительных заводах количество разрушенных деталей может достигать 20--25% от партии, поскольку из деталей изготовляют образцы для механических и металлографических испытаний после литья и термической обработки, после механической и окончательной термической обработки и т. д.

Широкое внедрение неразрушающих методов контроля позволит избежать столь больших потерь времени и материальных затрат, а также обеспечить полную или частичную автоматизацию операций контроля при одновременном значительном повышении качества и надежности продукции.

Важность развития дефектоскопии обусловлена также теми новыми сложившимися задачами, которые ставит перед ней стремительный прогресс науки и техники. В ближайшие годы, по-видимому, получит развитие космическая дефектоскопия. Создание космических станций-спутников, сборка, которых будет осуществляться в условиях глубокого вакуума при не свойственных для наземных условий температурах и повышенной радиации, потребует разработки специальной аппаратуры и методик контроля сварки, сборки, а также измерений механических и электрофизических характеристик материалов, связанных с их эксплуатацией в условиях космоса. Предстоит большая работа, связанная с использованием космических лучей в качестве проникающих излучений, созданием устройств, обеспечивающих регистрацию информации, обеспечением полной автоматизации контроля.

Этим объясняется то огромное внимание, которое уделяется дефектоскопии в нашей стране и за рубежом. Ни один прогрессивный технологический процесс получения ответственной продукции не рекомендуется для внедрения в промышленность без соответствующей системы неразрушающего контроля.

4.1 Основные виды дефектов

Сложность вопросов, стоящих перед учеными и производственниками-дефектоскопистами, объясняется бесконечным множеством дефектов, которые могут возникнуть в материалах и изделиях, и, следовательно, большим количеством физических параметров, которые необходимо регистрировать.

В табл. 4.1 приведены основные дефекты и дано их краткое описание. Следует иметь в виду, что это далеко не полный перечень дефектов, которые могут встретиться в материале или изделии и могут быть выявлены методами дефектоскопии, т. е. с помощью рентгеновского и ?-просвечивания, методом вихревых токов, ультразвуковым методом и т.д..

Таблица 4.1.

Основные виды дефектов, встречающихся в изделиях

Дефект

Характеристика

Трещины литейного происхождения, горячие и холодные

Трещины, образовавшиеся в процессе прокатки, ковки или штамповки

Трещины закалочные

Трещины шлифовочные

Трещины усталостные

Трещины межкристаллитные

Коррозия межкристаллитная

Усадочные раковины, рыхлоты, пористость

Газовые, шлаковые и земляные раковины и включения

Флокены

Заковы, закаты

Волосовины

Ужимины

Спай

Плены

Непровар

Прожог

Трещины в отливках, образовавшиеся в результате затрудненной усадки в процессе кристаллизации (горячие трещины) или при дальнейшем охлаждении отливок (холодные)

Поверхностные или внутренние нарушения сплошности. Причина образования -- низкая пластичность обрабатываемого материала

Трещины, образовавшиеся на поверхности в результате нарушения технологии закалки; имеют вид извилистых прерывающихся линий, в изломе -- окисленная поверхность

Тончайшие разрывы на поверхности детали -- отдельные и в виде сетки, чаще всего встречаются в деталях, изготовленных из материала с высокой твердостью

Трещины, возникшие в результате многократных знакопеременных нагрузок; чаще всего образуются в местах резкого изменения сечений

Трещины по границам зерен; после травления шлифа выявляются в виде сеток; в изломе -- гладкая блестящая поверхность

Нарушение сплошности в результате действия коррозии по границам зерен

Открытие или закрытие полости в теле отливки, имеющие шероховатую или крупнокристаллическую поверхность, иногда окисленную; обычно располагаются в утолщенных местах отливок

Рыхлоты или пористость -локальное скопление мелких, а иногда и микроскопических усадочных раковин

Наружные или внутренние полости в теле отливки, заполненные газом, а также полностью или частично заполненные формовочной смесью или шлаком; могут быть в виде сот, гнездовые и одиночные

Внутренние трещины. В изломе флокены имеют вид светлых пятен овальной формы на общем более темном фоне излома, на шлифах после травления выявляются как нитевидные трещины

Нарушение сплошности металла в виде расслоений и складок

Нарушение сплошности металла в виде тонких вытянутых вдоль направления деформации закатов с прослойкой включений

Неглубокие узкие канавки или впадины на теле отливок, прикрытые слоем металла, почти полностью отделенного от отливки прослойкой формовочного материала; слой металла соединен с отливкой только тонким швом

Сквозные или поверхностные щели с закругленными краями и углубления в теле отливки, образованные неслившимися потоками преждевременно застывшего металла

Пленки, состоящие из окислов металла в теле отливки; могут полностью нарушать сплошность отливки

Отсутствие сплошности между телом сва- риваемых деталей и материалом сварного шва; причина--нарушение технологии сварки

Дефект, вызванный малым усилием сжатия электродов при роликовой или точечной сварке; снижает прочность сварочного соединения

В настоящее время отечественной промышленностью освоено производство дефектоскопической аппаратуры, позволяющей с большой точностью выявлять различного рода дефекты.

4.2 Основные методы дефектоскопии. Их краткая

характеристика

На вооружении дефектоскописта- производственника в настоящее время около 20 методов и способов неразрушающего контроля.

В таблице 4.2 приведена характеристика наиболее эффективных методов дефектоскопии. Рациональное применение и правильное сочетание этих методов дают возможность обнаруживать разнообразные дефекты, встречающиеся в металлах.

4.2 Сравнительные характеристики основных методов дефектоскопии

Метод

Физические основы

Основная область

применения

Обнаруживаемые дефекты, измеряе-мые величины, контролируемые параметры

Чувствительность

Основные характеристики используемой аппаратуры

1.Визуальный

Различное отраже-ние света от неодно-родностей поверхно-сти контролируемого изделия

Контроль наружных,а при использовании специальных приспо-соблений -- и внут-ренних поверхностей

Поверхностные тре-щины, плены, зака-ты, заковы, рых-лоты и т.д

При контроле невоо-руженным глазом -- дефекты, протяжен-ностью в десятые доли мм, при использовании оптики -- протяженностью в несколько сотых долей мм

Простые и биноку-лярные лупы, перис-копические устройства для осмотра внутренних поверхностей

2. Рентгенопро- свечивание

Различное поглоще-ние лучей здоровыми и дефектными сече-ниями изделия

Литье и стыковые сварные соединения. Предельные толщины для промышленных рентгеновских аппаратов, мм:

сталь 80--100
легкие сплавы 350
медные сплавы 50

(при применении бетатрона : сталь -- до 500 мм)

Поверхностные и глубинные трещины, ориентированные вдоль направления луча, раковины,рых-лоты, ликвационные выделения,неметал-лические и шлаковые включения и т. д.

Дефекты протяженностью (в направ-лении луча) >3% (сталь) и >1О% (легкие сплавы) от толщины изделия: Ширина >0,025 мм. Размеры проекции дефекта определяются непосредствен-но. Специальными методами можно определить глубину залегания дефекта

Сложная громоздкая и дорогая высоко-вольтная аппаратура, требующая специаль-ной защиты от воз-действия лучей и специальных помеще-ний. В отдельных случаях может быть использована пере-носная аппаратура

3. Просвечивание

- лучами

То же

Массивные литые из-делия и стыковые сварные соединения.

Изделия сложной конфигурации. Просвечивание в полевых условиях

То же

Примерно та же

Простая и компактная. Требуется специальная защита от воздействия лучей и специальные помещения.

Метод

Физические основы

Основная область

применения

Обнаруживаемые дефекты, измеряе-мые величины, контролируемые параметры

Чувствительность

Основные характеристики используемой аппаратуры

4.Магнитный

порошковый

Притяжение частиц магнитного порошка к местам расположения де-фектов, вызывающих рассеивание магнит-ного потока в нама-гниченной детали

Детали и полуфаб-рикаты любой формы из ферромагнитных материалов, главным образом из кон-струкционных ста-лей.

Трещины, волосо-вины, флокены и другие дефекты, расположенные на поверхности или неглубоко (до 2,5--3 мм) под поверх-ностью. Длина де-фекта определяется непосредственно, ширина дефекта резко увеличена. Глубина залегания дефекта оценива-ется грубо.

Трещины сечением от 0.01 х 0.01 мм. волосовины сече-нием от 0,05 х 0,05 мм

Специальные намаг-ничивающие и размаг-ничивающие устрой-ства, работающие от электросети промыш-ленного напряжения. Меры защиты общие для промышленных электроустановок

5.Магнитный

феррозондовый

Регистрация и коли-чественная оценка потока рассеяния с помощью зондов, измеряющих постоян-ное магнитное поле или его градиент

Полуфабрикаты и мелкие массовые де-тали (нормали), а также рельсы в эксп-луатации

Те же дефекты, но на глубине до 30 мм; измерение толщины листов, стенок сосу-дов при двухсторон-нем доступе, выявление, неоднород-ности структуры

Примерно та же

Более компактная (по сравнению с порош-ковым методом), поз-воляющая автоматизи-ровать процесс конт-роля

6. Магнитографи-

ческий

Регистрация и ко-личественная оценка потока рассеяния с помощью магнито-чувствительной лен-ты

Стыковые сварные швы толщиной до 16 мм

Трещины, непро-вар, шлаковые и га-зовые включения и другие дефекты сварных соединений

Тонкие трещины и непровары протя-женностью >10% (от толщины сварного соединения)

Переносная с авто-номным питанием для работы в заводских и полевых условиях

Метод

Физические основы

Основная область

применения

Обнаруживаемые дефекты, измеряе-мые величины, контролируемые параметры

Чувствительность

Основные характеристики используемой аппаратуры

7. Электросопро-тивления

Различное сопро-тивление здоровых и дефектных участков, а также участков с различным сечением

Различные изделия простой формы

Толщина листов, стенок труб и пустотелых изделий при одностороннем доступе, глубина трещин, выходящих на поверхность, наличие расслоений

Зависит от одно-родности свойств материала изделия, от чистоты обработки поверхности и ряда других фак-торов

Электроизмерительная аппаратура, снабжен-ная сложной многокон-тактной измерительной головкой

8. Электроиндуктив-ный (метод вихре-вых токов)

Электромагнитное взаимодействие меж-ду катушкой, питае-мой переменным то-ком, и изделием, на-ходящимся в поле этой катушки

Различные детали и полуфабрикаты из ферромагнитных и неферромагнитных металлов

Нарушения сплош-ности, ориентиро-ванные в плоскости, непараллельной по-верхности. Химичес-кий состав, структурное состояние. Толщина листов и слоя покрытий, диа-метр проволоки, прутков, электропроводность (бескон-тактные измерения).

Трещины глубиной 0,25 мм

Компактная радио-измерительная аппа-ратура, особенно удоб-ная для контроля из-делий в поточном производстве и легко автоматизируемая

9. Термоэлектри-ческий

Возникновение тер-моэлектродвижущей силы при нагревании контакта разнород-ных металлов

Полуфабрикаты и детали из ферромаг-нитных и неферро-магнитных металлов

Химический сос-тав материала (сор-тировка по маркам), толщина покрытий

То же

Компактная, неслож- ная в обращении

10.Трибоэдектри-ческий

Возникновение электродвижущей силы при трении раз-нородных металлов

То же

Химический сос-тав материала (сор-тировка по маркам)

Поверхностные трещины

То же

То же

Метод

Физические основы

Основная область

применения

Обнаруживаемые дефекты, измеряе-мые величины, контролируемые параметры

Чувствительность

Основные характеристики используемой аппаратуры

11.Электростатичес-кий порошковый

Притяжение поло-жительно заряжен-ных частиц порош-ка к местам распо-ложения трещин на поверхности контролируемой детали

Эмалированные или остеклованные металлические детали, а также детали из пластмасс

Поверхностные трещины

Трещины с раскры-тием свыше 1 мкм

Предельно простая и безопасная

12. Цветной капил-лярный

Проявление дефек-тных участков (за-полненных предварительно жидким красителем) на фоне покрытия, специаль-но наносимого на деталь

Детали (главным образом литые) из металлов, а также из пластмасс

Поверхностные трещины, рыхлоты, окисные плены, засоры, зоны, пора-женные межкрис-таллитной коррозией и т. д.

Трещины с раскры-тием >0.01 мм и глубиной > 0.03--0,05 мм. Протяженность определяя-ется непосредствен-но, ширина трещин резко искажена (уве-личена)

Предельно простая аппаратура (реактивы весьма токсичны и огнеопасны)

13.Люминесцентный
капиллярный

Заполнение поло-сти дефекта жид-костью, светящейся при облучении ультрафиолетовым светом

То же

То же

То же

Несколько более сложная аппаратура, но не требует применения столь токсичных реак-тивов

14. Теневой ультразвуковой

С одной стороны объекта с помощью излучателя вводится пучок ультразвуко-вых колебаний , а с другой стороны, с помощью щупа, ре-гистрируется интен-сивность этого пучка

Контроль металлов, пластмасс, бетона, резин для выявления грубых нарушений склейки и других внутренних дефектов

Поверхностные трещины, рыхлоты, окисные плены, засоры, зоны, пора-женные межкрис-таллитной коррозией и т. д.

Трещины с раскры-тием свыше 0,1 мкм

Компактная, неслож- ная в обращении

Метод

Физические основы

Основная область

применения

Обнаруживаемые дефекты, измеряе-мые величины, контролируемые параметры

Чувствительность

Основные характеристики используемой аппаратуры

15.Резонансный

ультразвуковой

Основан на возбуж-дении в объекте так называемых стоячих волн, возникающих при условии интер-ференции вводимых в объект упругих ко-лебаний и колеба-ний, отраженных от раздела объект-воз-дух

Толщинометрия

(измерение толщины материала с односто-ронним доступом)

Зоны коррозийного порожения, зоны не-пропая, непроклея, расслоения

То же

То же

16.Эхо-метод

В объект вводятся пачки колебаний, иначе импульсы, с перерывами 1-5 мкм/сек.Если упру-гие колебания, воз-никающие в объекте, встречают на своем пути препятствие в

виде дефекта, то часть их отражется и, как эхо, попадает об-ратно на излучаю-щую головку

Определениет координат дефектов, расположенных на любой глубине под поверхностью метал-лических и неметалл-лических изделий и полуфабрикатов.

Определение разме-ров недоступных из-мерению обычными методами.


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.