МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Механічний факультет
Кафедра МС
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
з дисципліни "Теорія проектування автоматизованих верстатних комплексів"
на тему: Розробка автоматичної лінії для обробки деталі типу "Вал-черв'як»
ПК 08.6.090203.50.00.000 ПЗ
Виконав
ст. гр. МС-04н А.І. Горобець
Прийняв Л.П. Калафатова
Нормоконтроль В.В. Гусєв
Донецьк 2008
РЕФЕРАТ
Робота містить: сторінок 47, таблиць 10, джерел 5, малюнків 8, додатків 12.
Об'єкт проектування: автоматична лінія для виготовлення деталі типу вал-черв'як.
Мета роботи: закріпити знання, отримані при вивченні курсу «Теорія проектування автоматизованих верстатних комплексів», придбати навички проектування автоматичних ліній.
ПЕРЕХІД, ПОЗИЦІЯ, ВТРАТИ ВНЕЦІКЛОВИЕ, ВЕРСТАТИ дублера, АВТОМАТИЧНА ЛІНІЯ, Циклограма роботи, АГРЕГАТНИЙ ВЕРСТАТ, СИЛОВА ГОЛОВКА, Фрезерні НАСАДКА, РІЖУЧИЙ ІНСТРУМЕНТ.
Завдання
Розробити компонувальну схему автоматичної лінії для виготовлення деталі типу вал. Розрахувати економічні показники обраної лінії.
Спроектувати агрегатний верстат для фрезерування шпоночно паза.
Вихідними даними до курсового проекту є задана продуктивність виготовлення деталі в умовах автоматизованого виробництва рівна 365шт./смену і креслення деталі представлений в додатку А.
Зміст
Введення
1 Аналіз технологічності конструкції деталі
2 Технологічний процес виготовлення деталі для неавтоматезірованого виробництва
3 Розрахунок технологічної продуктивності процесу
4 Аналіз базового операційного процесу за критерієм забезпечення заданої змінної продуктивності
5 Уточнений розрахунок продуктивності автоматичної лінії
6 Вибір транспортно-завантажувальної системи
7 Розрахунок витрат для вибраних варіантів автоматичних ліній
8 Опис роботи спроектованої АЛ
9 Опис конструкції і роботи верстата
10 Визначення режимів обробки
11 Визначення зусиль і потужності різання
12 Кінематичний розрахунок фрезерної насадки
13 Розрахунок прогину шпинделя
14 Розрахунок жорсткості опор кочення
15 Розрахунок жорсткості шпинделя
16 Динамічний розрахунок шпиндельного вузла
ВИСНОВОК
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
Додаток А Креслення деталі
Додаток Б Карти наладок
Додаток В Креслення автоматичної лінії
Додаток Г Циклограма роботи автоматичної лінії
Додаток Д Креслення агрегатного верстата
Додаток Е Креслення фрезерної насадки
ВСТУП
Автоматизація виробничих процесів завжди була одним з найважливіших напрямків розвитку НТП. У розвинених країнах в даний час автоматизація займає провідне місце в розвитку промисловості, причому спостерігається тенденція до все більш зростаючої її глобальності. Незважаючи на капітальні витрати, пов'язані з автоматизацією, вона дозволяє звільнити набагато більше коштів за рахунок підвищення продуктивності і економії живої праці. Автоматизація дає поштовх у розвитку найважливіших галузей промисловості, дозволяє знизити собівартість їх продукції.
Курс «Теорія проектування автоматизованих верстатних комплексів» є основою для вивчення процесу проектування автоматичних ліній. Його вивчення є важливим етапом підготовки інженерів-механіків.
1 Аналіз технологічності конструкції деталі
Деталь (рис. 2.1) є валом-черв'яком з хвостовиком для з'єднання з двигуном за допомогою муфти, з шийками, які є посадочними поверхнями для підшипників і з шийкою під ущільнювальне маслоудержівающее кільце. Це накладає високі вимоги до параметрів якості поверхонь цапф: шорсткість цапф під підшипники досягає величини Ra 0,63; під маслоудержівающее кільце - Ra 0,32 мкм, відхилення форми поверхонь під підшипники контролюються в двох площинах: радіальне биття цапф, яке не повинно перевищувати 20 мкм і торцеве биття цапф - до 16 мкм. Центрування валу і маточини муфти здійснюється ковзної посадкою, крутний момент передається за допомогою шпоночно з'єднання. Це накладає додаткові вимоги до цієї поверхні (шорсткість Ra 1,6 мкм), що виконана за 6 квалітету; радіальне биття хвостовика не повинно перевищувати 20 мкм. Так як обробка цапф передбачає шліфування та полірування, на валу передбачені канавки для виходу шліфувального круга, виконані за наружнему циліндру і торця ГОСТ 8820-69 исп.4.
Оскільки для конструкторської бази прийнята вісь деталі (додаток А), то для механічної обробки деталі доцільно використовувати технологічні центрові отвори В4 ГОСТ 14034-74, які будуть технологічної та вимірювальної базами. На валу виконаний паз, який виробляється врізанням кінцевої фрези і поздовжнім фрезеруванням, що нетехнологічно. Технологічним є виконання сегментного шпоночно паза дисковими фрезами, але в цьому випадку зменшується переріз валу, що знижує його довговічність, тому виконання даного шпоночно паза необхідно з такою конфігурацією, яка показана на кресленні.
Для установки підшипників, маточини муфти, передбачені Заходне фаски 2,5 х45 0. Для виключення травматизму гострі кромки притуплені фасками 1х45 0.
Як матеріал з якого виготовлений вал прийнята конструкційна сталь 45 ГОСТ 1050-88 c вмістом вуглецю 0,45%. Для підвищення зносостійкості валу в якості термообробки прийнята гарт зубів на установці ТВЧ.
Для контролю допуску на похибку напрямки зубів валу допускається замінити його перевіркою плями контакту з сполученим колесом. При чому пляма контакту по висоті - не менше 40%.
Визначимо жорсткість деталі використовуючи відношення довжини до наведеного діаметру.
Вал є жорстким, тому що відношення довжини до діаметру , Що менше 12. Тому при механічній обробці деталі можна призначати інтенсивні режими різання.
Таким чином, конструкція деталі є технологічною.
2 Технологічний процес виготовлення деталі для неавтоматизованого виробництва
Малюнок 2.1-виготовляється деталь
На малюнку 2.1 зазначені позиції оброблюваних поверхонь. Далі наведемо технологічний процес обробки деталі в умовах неавтоматизованого виробництва.
005 Заготівельна
010Терміческая (поліпшення)
020 Фрезерно-центровальная
А. Встановити і зняти заготівлю
1. Фрезерувати торці поверхню 1, 25
2. Свердлити отвори центрувальні
030 Токарно-гвинторізний
А. Встановити і зняти заготівлю
1. Точити поверхню 7 начорно
2. Точити поверхню 3 начорно
3. Точити поверхню 9 начорно
Б. Перевстановити заготівлю
4. Точити поверхню 23 начорно
5. Точити поверхня 15 начорно
6. Точити поверхню 19 начорно
7. Точити поверхню 11 начорно
040 Токарно-гвинторізний
А. Встановити і зняти заготівлю
1. Точити поверхню 3 та торець поверхню 5 начисто
2. Точити фаску поверхню 2
3. Точити фаску поверхню 6
4. Точити канавку поверхню 4
Б. Перевстановити заготівлю
5. Точити поверхню 23 і торець поверхню 21 начисто
6. Точити поверхню 19 і торець поверхню 17 начисто
7. Точити поверхню 15 і торець поверхню 13 начисто
8. Точити фаску поверхню 24
9. Точити фаску поверхню 16
10. Точити фаску поверхню 12
11. Точити фаску поверхню 20
12. Точити канавку поверхню 22
13. Точити канавку поверхню 18
14. Точити канавку поверхню 14
050 Вертикально-фрезерна
А. Встановити і зняти заготівлю
1. Фрезерувати шпонковий паз поверхню 26
060 Універсально-фрезерна
А. Встановити і зняти заготівлю
1. Фрезерувати зуби попередньо
2. Фрезерувати зуби начисто
070 Термічна (ТВЧ)
080 Круглошліфувальний
А. Встановити і зняти заготівлю
1.Шліфовать поверхню 3 попередньо
Б. Перевстановити заготівлю
2. Шліфувати поверхню 23 попередньо
3. Шліфувати поверхню 19 попередньо
4. Шліфувати поверхню 15 попередньо
090 Круглошліфувальний
А. Встановити і зняти заготівлю
1.Шліфовать поверхню 3 остаточно
Б. Перевстановити заготівлю
2. Шліфувати поверхню 23 остаточно
3. Шліфувати поверхню 19 остаточно
4. Шліфувати поверхню 15 остаточно
100 Черв'ячно-шліфувальна
А. Встановити і зняти заготівлю
1.Шліфовать зуби
110 Контрольна
На підставі базового техпроцесу обробки зробимо розрахунок машинного часу обробки кожної конкретної поверхні і результат занесемо в таблицю 2.1.
Таблиця 2.1-Розрахунок машинного часу виконання операцій
Найменування | Інструмент | Параметри різання | D, мм | L, мм | t р, хв | |||||
операції | переходу | t, мм | s об, мм / об | v, м / хв | n, об / хв | s хв, мм / хв | ||||
Фрезерно-центровальная | Фрезерувати торці пов. 1, 25. | Фрези торцеві Т5К10 | 8 | 0,8 | 164 | 614,5 | 491,6 | 85 | 131 | 0,22 |
Токарно-гвинторізний (Чорнова Встанов А) | Свердлити отвори центрувальні | Свердла центрувальні комбіновані ГОСТ 14952-75 | 2 | 0,31 | 10 | 490 | 152 | 4 | 10,06 | 0,08 |
Точити пов. 7 начорно | Різець прохідний упорний Т5К10 | 1,8 | 0,97 | 58 | 440 | 426,6 | 42 | 100 | 0,23 х2 | |
Токарно-гвинторізний (Чорнова Встанов Б) | Точити пов. 3 начорно | Різець прохідний упорний Т5К10 | 1,8 | 0,97 | 58 | 497 | 497,7 | 36 | 17,6 | 0,04 х2 |
Точити пов. 9 начорно | Різець прохідний Т5К10 | 2,6 | 0,97 | 65 | 493 | 557,8 | 80 | 117,5 | 0,47 х2 | |
Точити пов. 23 начорно | Різець прохідний упорний Т5К10 | 1,8 | 0,58 | 58 | 560 | 542,9 | 33 | 76 | 0,28 | |
Точити пов. 15 начорно | Різець прохідний упорний Т5К10 | 1,8 | 0,58 | 58 | 462 | 448 | 40 | 86 | 0,38 | |
Точити пов. 1 вересня начорно |
Різець прохідний упорний Т5К10 | 1,8 | 0,58 | 58 | 478,5 | 464,2 | 38,6 | 19 | 0,04 | ||
Токарно-гвинторізний (Чистова Встанов А) | Точити пов.3 і торець пов. 5 начисто | Різець прохідний упорний Т5К10 | 0,325 | 0,54 | 82 | 738,8 | 399 | 35,35 | 18 | 0,05 |
Токарно-гвинторізний (Чистова Встанов Б) | Точити фаску пов.2 | Різець прохідний Т5К10 | 2,5 | 0,06 | 130 | 1171 | 70,3 | 35 | 2, 5 | 0,06 |
Точити фаску пов. 6 | Різець прохідний Т5К10 | 1 | 0.06 | 130 | 985.6 | 59.1 | 42 | 1 | 0.03 | |
Точити канавку пов.9 | Різець прохідний Т5К10 | 0,2 | 0,06 | 70 | 637 | 38,2 | 35 | 2,2 | 0,06 | |
Точити пов.23 і торець пов.21 начисто | Різець прохідний упорний Т5К10 | 0,325 | 0,54 | 82 | 807,3 | 436 | 32,35 | 76 | 0,17 | |
Точити пов.19 і торець пов. 17 начисто | Різець прохідний упорний Т5К10 | 0,325 | 0,54 | 82 | 681 | 367,7 | 38,35 | 19 | 0,05 | |
Точити пов.15 і торець пов. 13 начисто | Різець прохідний упорний Т5К10 | 0,325 | 0,54 | 82 | 647,2 | 349,5 | 40,35 | 67 | 0,19 | |
Точити фаски у пов. 24 | Різець прохідний Т15К6 | 2,5 | 0,06 | 130 | 1171 | 70,3 | 35 | 2,5 | 0,06 | |
Вертикаль але фрезерна | Точити фаски і пов.16, 12 | Різець прохідний Т5К10 | 1 | 0.06 | 130 | 985.6 | 59.1 | - | 1 | 0,03 х2 |
Точити фаску пов. 20 | Різець прохідний Т5К10 | 1 | 0.06 | 130 | 1089,5 | 65,4 | 38 | 1 | 0,08 | |
Точити канавки пов.22, 18, 14 | Різець прохідний Т5К10 | 0,2 | 0,06 | 70 | 637 | 38,2 | - | 2,2 | 0,06 х3 | |
Фрезерувати шпонковий паз Пов. 26 | Фреза кінцева Р18 | 5 | 0,1 | 55 | 1752 | 175,2 | 10 | 61 | 0,35 | |
Сумарне значення робочого часу | 3,8 | |||||||||
3 Розрахунок технологічної продуктивності процесу
Найпростішим варіантом побудови технологічного процесу неавтоматизованого виробництва при прийнятих методах, технологічному маршруті і режимах обробки є повна обробка деталі в одній позиції при послідовному виконанні всіх складових операцій. Критерієм оцінки технологічного процесу є технологічна продуктивність , Яка визначається за формулою
1/хв;
де - Машинний час виконання складовою операції.
Визначення переліку неодружених операцій, які необхідні для реалізації робочих операцій технологічного процесу.
Неодружені операції містять дії, які пов'язані з орієнтацією заготовки в просторі, подачу заготовки до робочої зони, закріплення її на робочій позиції, фіксацію пристрою або супутника на робочій позиції оформляються у вигляді таблиці 3.1.
У даній роботі пропонується розробка автоматичної лінії для здійснення тієї частини техпроцесу, яка пов'язана зі свердлильної і фрезерної обробкою поверхонь і отворів. Таким чином, проектована лінія повинна забезпечувати зазначену в завданні продуктивність.
Для цього зробимо аналіз можливих структур лінії і виберемо найбільш раціональну з них.
Таблиця 3.1 - Перелік неодружених операцій
Найменування робочої операції | Найменування холостий (Що забезпечує) операції |
010 Фрезерно-центровальная | 1.1 Орієнтувати деталь |
1.2 Подати деталь у робочу зону | |
1.3 Закріпити деталь | |
1.4 Підвести фрези на швидкому ходу | |
1.5 Відвести фрези на швидкому ходу | |
1.6 Підвести центрувальні свердла на швидкому ходу | |
1. 7 Відвести центрувальні свердла на швидкому ходу | |
1.8 розкріпачити деталь | |
1.9 Видалити деталь з робочої зони | |
020 Токарно-гвинторізний | 2. 1 Орієнтувати деталь |
2. 2 Подати деталь у робочу зону | |
2. 3 Закріпити деталь | |
2. 4 Підвести різець на швидкому ходу | |
2. 5 Відвести різець на швидкому ходу | |
2.6 розкріпачити деталь | |
2.7 Закріпити деталь | |
2.8 Підвести різець на швидкому ходу | |
2.9 Відвести різець на швидкому ходу | |
2.10 розкріпачити деталь | |
2.11 Видалити деталь з робочої зони | |
030 Вертикально-фрезерна | 3.1 Орієнтувати деталь |
3.2 Подати деталь у робочу зону | |
3.3 Закріпити деталь | |
3.4 Підвести інструмент на швидкому ходу | |
3.5 Відвести інструмент на швидкому ходу | |
3.10 розкріпачити деталь | |
3.11 Видалити деталь з робочої зони |
4 Аналіз базового операційного процесу за критерієм забезпечення заданої змінної продуктивності
Визначимо очікувану продуктивність системи технологічного устаткування за зміну для неавтоматизованого виробництва:
де - Коефіцієнт використання лінії, приймаємо .
За умовою необхідна серійна продуктивність:
У зв'язку з цим необхідно синтезувати варіант АЛ, яка дозволила б забезпечити задану продуктивність. Для чого зробимо диференціацію технологічного процесу обробки деталі.
Структура лінії, що складається з фрезерно-центровального напівавтомата токарних копіювальних верстатів (q = 6), представлена на (рис. 4.1).
Малюнок 4.1 - Компонування АЛ з копіювальними верстатами.
Для цієї лінії лімітуючим є час хв. Тоді продуктивність такої лінії складає:
шт. / зміну.
Дана кількість виробів не задовольняє необхідної продуктивності. Для збільшення продуктивності продиференціюємо лімітуючим операцію, розбивши її на дві частини (q = 7) (рис. 4.2):
Малюнок 4.2 - Компонування АЛ з копіювальними верстатами.
Для цієї лінії лімітуючим є час хв. Тоді продуктивність такої лінії складає:
шт / зміну.
Дана кількість виробів не задовольняє необхідної продуктивності. Для збільшення продуктивності продиференціюємо технологічний процес далі. Результати диференціації зведемо в таблицю 4.1.
Таблиця 4.1 - Результати диференціації ТП
Число q | 6 | 7 | 8 | 9 |
t p (q), хв | 1,48 | 0,94 | 0,7 | 0,54 |
Q АЛ, шт / см | 187 | 295 | 395 | 512 |
Таким чином, необхідної продуктивності АЛ можна досягти продифференцировав ТП з використанням 8 верстатів:
Проаналізуємо обробку даного вироби з використанням верстатів-дублерів (рис. 4.3).
Малюнок 4.3 - Компонування АЛ з використанням верстатів-дублерів
Для цього варіанту АЛ лімітуючої операцією є токарно-гвинторізний з часом хв. Продуктивність такої лінії складає:
(Шт. / зміну).
Цей варіант також забезпечує необхідну продуктивність.
Для зменшення кількості верстатів, необхідних для даної продуктивності обробки, розглянемо варіант застосування одночасної Багаторізцеві обробки (рис. 4.4).
Малюнок 4.4 - Компонування АЛ з використанням Багаторізцеві налагоджень.
Як видно, застосування Багаторізцеві обробки дозволяє скоротити кількість необхідного обладнання. Проведемо більш точний аналіз двох останніх варіантів АЛ і визначимо, який з них є більш економічно доцільним.
5 Уточнений розрахунок продуктивності автоматичної лінії
Уточнений розрахунок повної продуктивності автоматичної лінії з жорсткими межагрегатнимі зв'язками проводиться за формулою:
,
де - Коефіцієнт завантаження лінії, що характеризує умови експлуатації (приймається в межах 0,85-0,90);
- Час не суміщених холостих ходів (в умовах диференціації технологічного процесу приймається );
- Час сумарних внеціклових втрат, визначається за формулою:
де - Очікувані внецікловие втрати по інструменту;
- Очікувані внецікловвие втрати по устаткуванню.
Втрати по інструменту обчислюються за формулою:
Зведемо дані по всіх інструментах в таблицю 5.1.
Таблиця 5.1 - Розрахунок часу втрат по інструменту для АЛ з верстатами-дублерами.
п \ п | Найменування інструменту | , Хв | , Хв | , Хв | , Хв | , Хв |
1 | Фреза торцева Т5К10 | 0,22 | 180 | 5 | 0,12 | 0,0063 х2 |
2 | Свердло центровочною Р18 | 0,08 | 25 | 1 | 0,12 | 0,0036 х2 |
3 | Різець Т5К10 (установ А, чорнова обробка) | 0,54 | 60 | 1,5 | 0,2 | 0,0153 |
4 | Різець Т5К10 (установ А, чорнова обробка) | 0,94 | 60 | 1,5 | 0,2 | 0,0266 х2 |
5 | Різець Т5К10 (установ Б, чорнова обробка) | 0,7 | 60 | 1,5 | 0,2 | 0,0198 |
6 | Різець Т5К10 (установ А, чистова обробка) | 0,2 | 60 | 3,0 | 0,18 | 0,0106 |
7 | Різець Т5К10 (установ Б, чистова обробка) | 0,55 | 60 | 3,0 | 0,18 | 0,0292 |
8 | Фреза кінцева Р18 | 0,35 | 80 | 1,0 | 0,27 | 0,0056 |
|
Таблиця 5.2 - Розрахунок часу втрат по інструменту для АЛ з використанням Багаторізцеві обробки.
п \ п | Найменування інструменту | , Хв | , Хв | , Хв | , Хв | , Хв |
1 | Фреза торцева Т5К10 | 0,22 | 180 | 5 | 0,12 | 0,0063 х2 |
2 | Свердло центровочною Р18 | 0,08 | 25 | 1 | 0,12 | 0,0036 х2 |
3 | Різці Т5К10 (установ А, чорнова обробка, Багаторізцеві налагодження) | 0,74 | 60 | 1,5 | 0,2 | 0,0 21 |
4 | Різці Т5К10 (установ А, чорнова обробка, Багаторізцеві налагодження) | 0,74 | 60 | 1,5 | 0,2 | 0,0 21 |
5 | Різець Т5К10 (установ Б, чорнова обробка) | 0,7 | 60 | 1,5 | 0,2 | 0,0198 |
6 | Різець Т5К10 (установ А, чистова обробка) | 0,2 | 60 | 3,0 | 0,18 | 0,0106 |
7 | Різець Т5К10 (установ Б, чистова обробка) | 0,55 | 60 | 3,0 |