Разработка группового ТП для деталей типа вал

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

 

к выполнению курсовой работы

дисциплины по выбору профессионального цикла дисциплин «Автоматизация технологических процессов в многономенклатурном производстве»

подготовки бакалавров по направлению 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств»

 

Тверь 2015 г.

 

 

В методическом указании рассмотрен ряд вопросов связанных с анализом номенклатуры выпускаемых деталей, их конструкции и структуры конструкторско-технологических элементов, изложена методика разработки комплексной детали, группового технологического процесса, а также получения технологического процесса на конкретную деталь из группового. Методическое указание предназначено для студентов направления 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств» по дисциплине «Автоматизация технологических процессов в многономенклатурном производстве».

Методическое указание утверждено и рекомендовано к опубликованию на заседании кафедры «Технологии и автоматизации машиностроения» (протокол № 2 от 13.09. 2015г.)

Составители: Горлов И.В.

Полетаева Е.В.

 

Тверской государственный

технический университет, 2015

 

Целью курсовой работы является:

приобретение навыков по разработке групповых технологических процессов используемых в многономенклатурном производстве;

умение проводить анализ структуры деталей и выявления конструкторско-технологических элементов (КТЭ);

закрепление навыков использования нормативной литературы.

Введение

Многие машиностроительные предприятия в настоящее время вынуждены искать дополнительные объёмы выпуска изделий несвойственных для них в предыдущие годы из-за сокращения производства, что ведёт к расширению номенклатуры выпускаемых изделий. В таких условиях необходимо проводить ряд мероприятий, для повышения гибкости существующих, и внедрения новых технологические процессов (ТП), отвечающих требованиям широкономенклатурного производства. При этом применение ГПС – основной путь интенсификации производства и повышения его эффективности.

Эффективное использование ГПС возможно только на основе групповых технологий, которые отвечают требованиям широкономенклатурного перена­лаживаемого производства — средне- и мелкосерийного, а в некоторых случаях даже единичного. В групповых технологических процессах детали объединяются в группы на основе общности обрабатываемых поверхно­стей, в различных сочетаниях, что связано с использованием достаточно гибкого обрабатывающего оборудования, имеющего возможность быстрой переналадки при переходе к выпуску нового изделия. Таким требованиям наиболее полно соответствуют станки с числовым программным управлением (ЧПУ), причём при их выборе нужно отдавать предпочтение станкам, имеющим наиболее широкие технологические возможности, что позволит при необходимости проводить обработку широкой номенклатуры деталей.

Групповые технологические процессы являются основой унификации технологических решений, повы­шая эффективность машиностроительного производства в условиях снижения объёмов и расширения номенклатуры изделий. Для наиболее полной реализации групповых технологий требуется классификация деталей и селекция их по конструктивным и технологич­еским признакам.

 

1. СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

 

Содержанием курсовой работы является выполнение предлагаемых заданий и их грамотное оформление в пояснительной записке и на чертежах.

Задание 1. Для выбранной группы деталей провести анализ структуры и разработать дерево их КТЭ.

Задание 2. На основе анализа выявленных конструкторско-технологических элементов разработать комплексную деталь, содержащую все КТЭ деталей группы.

Задание 3. Для КТЭ комплексной детали получить маршруты обработки и записать их в виде таблицы с учётом последовательности выполнения.

Задание 4. На основе анализа маршрутов обработки КТЭ разработать групповой ТП с выбором технологического оборудования и оснастки, соответствующих требованиям деталей группы.

Задание 5. На основе анализа группового ТП получить технологический маршрут для выбранной детали, рассчитать межоперационные припуски.

Задание 6. Выполнить на чертеже формата А-1 табличную модель КТЭ группы, комплексную деталь и структурную схему КТЭ для выбранной детали.

Задание 7. Выполнить на чертеже формата А-1 табличную модель группового ТП и технологический маршрут для выбранной детали, полученный на основе анализа группового.

 

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ

КУРСОВОЙ РАБОТЫ

 

Чертежи деталей выдаются на группу студентов с закреплением одного за каждым студентом индивидуально.

Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки на листах формата А4, в которую включают:

титульный лист,

содержание,

введение,

расчетное выполнение заданий,

список использованной литературы

и графической части на листах формата A-1.

Пояснительную записку выполняют на двух сторонах листов с соблюдением размеров полей: левого - 25 мм, верхнего и нижнего -20 мм, правого - 15 мм. Текст записки делят на разделы и подразделы, которые нумеруют и оформляют в соответствии с требованиями ГОСТ 2.105-95.

Страницы пояснительной записки обозначают сквозной нумерацией, при этом титульный лист включают в общую нумерацию страниц, но номер на нем не ставят. На последующих страницах номер проставляют в центре страницы. Цифровой материал рекомендуется выполнять в виде таблиц.

Графический материал пояснительной записки (схемы и таблицы) выполняют, либо на отдельных листах, включая эти листы в общую нумерацию, либо изображая мелкие рисунки в разрывах текста. Нумерацию схем и нумерацию таблиц в записке проводят последовательно сквозной нумерацией в пределах всей пояснительной записки. Ссылки на используемую литературу в тексте дают в квадратных скобках, указывая ее порядковый номер по списку литературы. Графическую часть курсовой работы выполняют с учетом требований ЕСКД.

 

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Разработка группового ТП для деталей типа вал

 

Задание 1. На первом этапе реализации групповых технологий необходимо провести анализ выпускаемых деталей и объединить их в группы, имеющие сходные конструкторско-технологические элементы. Рассмотрим эту задачу на примере деталей типа «вал». В группу входят 7 деталей тел вращения: вал-шестерня 81.26.054; вал 81.30.391; вал 81.26.056; валик 740.31.34.110; шток 9.1; ось 9.3; валик 9.4.

Деталь 1 – вал-шестерня (рис. 1) – изготовляется из стали 40Х, термически обработана. Конструкция вала такова, что диаметральные размеры всех его ступеней уменьшаются от середины к торцам. Наибольший диаметральный размер 70 мм, линейный габаритный размер 300 мм.

Рис. 1. Деталь 1. Вал-шестерня 81.26.054

Деталь состоит из ряда элементов: цилиндры, фаски, галтели, шпоночные пазы и др. (рис. 2), дерево КТЭ детали показана на рисунке 3. Деталь, входящая в рассматриваемую группу имеет достаточно сложные в изготовлении поверхности: зубчатые венцы, требующие специального режущего инструмента; радиусные канавки, требующие специального фасонного инструмента.

Все наружные поверхности имеют правильную форму. Ступени вала доступны для обработки как на универсальном, так и на автоматизированном оборудовании. Следовательно, вал-шестерню можно считать технологичной.

С точки зрения механической обработки в отношении технологичности конструкции детали можно отметить следующее: объем токарных операций составляет приблизительно 70 % трудоемкости всех операций. Токарная обработка проводится в два этапа: черновая и чистовая.С точки зрения групповой технологии данную деталь целесообразно обрабатывать на оборудовании с ЧПУ.

Точность и шероховатость поверхностей соответствуют конструкции и назначению детали. Наиболее точные поверхности выполнены
по 6-му квалитету. Материал, из которого изготавливается деталь (сталь 40Х ГОСТ 4543-71), соответствует предъявляемым к ней физико-механическим требованиям, геометрические параметры соответствуют требованиям технологичности. Расположение поверхностей обеспечивает требуемую точность установки. Заготовка получается объемной штамповкой.

Рис. 2. КТЭ вала-шестерни

 

Обозначение конструкторско-технологических элементов деталей группы:

А – торец,

Б – фаска,

В – отверстие продольное,

Г – резьба в отверстии,

Д – канавка под стопорное кольцо,

Е – зубчатый венец,

Ж – шестигранник,

З – канавка радиусная,

И – конус,

К – шпоночный паз,

Л – наружная резьба,

М – отверстие поперечное,

Н – центровое отверстие,

О – лыска,

П – цилиндр,

Р – фаска в отверстии,

С – канавка для выхода резца.

Рис. 3. Структура КТЭ детали 1

 

Цифра перед буквой – номер детали (1 не ставится), цифра после буквы – номер КТЭ.

Деталь 2 – вал (рис. 4) – тоже изготавливается из стали 40Х. Состоит из десяти цилиндрических и двух конических ступеней. Структура КТЭ детали показана на рис.5.

 

Рис. 4. Деталь 2. Вал 81.30.391

Конструкция вала в основном аналогична предыдущей детали. Наибольший диаметральный размер 64 мм, наименьший – 13 мм. Длина детали 448 мм. Наиболее точные поверхности изготовлены по 6-му квалитету. Шероховатость от Ra 0,63 до Rz80.

 

Рис. 5. КТЭ детали 2

 

Деталь 3 – вал (рис. 6) – также изготовлена из стали 40Х. Вал
по конструкции ступенчатый, имеет поверхности, уменьшающиеся по своим размерам от середины к торцам.

Рис. 6. Деталь 3. Вал 81.26.056

 

Максимальный диаметр вала 64 мм, минимальный – резьбовая поверхность М24х1,5 – 8 g. Длина вала 314 мм. Конструкция в основном аналогична деталям 1 и 2. Структура КТЭ детали 3 представлена на рис. 7. Параметры точности и шероховатости на выполняемые в процессе обработки поверхности вала аналогичны предыдущим деталям.

Рис. 7. КТЭ детали 3

 

Деталь 4 – валик (рис. 8) – изготовляется из стали 40Х. Состоит
из шести цилиндрических ступеней. Наибольший диаметральный размер 80 мм.

 

Рис. 8. Деталь 4. Валик 740.31.34.110

 

Длина детали 180 мм. Данная деталь не требует сложной формы заготовки и может быть выполнена из сортового проката. В конструкции детали присутствуют однотипные с предыдущими деталями элементы, но присутствуют также оригинальные КТЭ – лыски. Шероховатость обработанных поверхностей от Ra 0,8 до Ra 12,5. Структурная схема конструкторско-технологических элементов представлена на рис. 9.

 

 

Рис. 9. КТЭ детали 4

 

Деталь 5 – шток (рис. 10) – изготавливается из стали 40Х. Состоит
из четырех цилиндрических ступеней и шестигранника. Наибольший диаметральный размер 40 мм. Длина детали 423 мм. Т.к. деталь производится по условиям единичного производства, в качестве заготовки используется сортовой прокат.

В конструкции детали присутствует ряд типовых элементов встречающихся в рассмотренных выше деталей, а также оригинальный КТЭ – шестигранник. Шероховатость от Ra 0,63 до Rz 20. Наиболее точные поверхности изготовлены по 6-му квалитету. Структурная схема КТЭ детали показана на рис. 11.

 

Рис. 10. Деталь 5. Шток 9.1

 

 

Рис. 11. КТЭ детали 5

 

Деталь 6 – ось (рис. 12) – изготавливается из стали 45. Состоит из трех цилиндрических ступеней. Наибольший диаметральный размер 30,5 мм, наименьший – 18 мм. Длина детали 80 мм.

 

 

Рис. 12. Деталь 6. Ось 9.3

 

Деталь производится по условиям единичного производства, в качестве заготовки используется сортовой прокат. В конструкции детали присутствуют типовые элементы, из которых состоят детали рассмотренные выше. Структурная схема КТЭ детали показана на рисунке 13. Шероховатость от Ra 0,63 до Rz 40. Наиболее точные поверхности изготовлены по 6-му квалитету.

 

Рис. 13. КТЭ детали 6

Деталь 7 – валик (рис. 14) – изготавливается из стали 45. Состоит
из четырех цилиндрических ступеней. Наибольший и наименьший диаметральные размеры составляют 26 и 19 мм соответственно, длинна детали 87 мм. Поскольку деталь производится по условиям единичного производства, в качестве заготовки используется сортовой прокат. В конструкции детали присутствуют уже рассмотренные выше КТЭ. Шероховатость от Ra 0,8 до Ra 6,3. Наиболее точные поверхности изготовлены по 6-му квалитету. Структурная схема КТЭ валика показана на рис. 15.

Рис. 14. Деталь 7. Валик 9.4

 

Рис. 15. КТЭ детали 7

 

Задание 2. После выявления всех имеющихся КТЭ деталей группы необходимо выявить сходные по конструкции элементы и провести их унификацию с целью уменьшения номенклатуры используемых инструментов и способов обработки. Предпочтение при унификации имеют элементы, получаемые типовым инструментом. Например, канавки для разделения поверхностей, для выхода инструмента при нарезании резьбы лучше получать на чистовой токарной операции контурным резцом, что уменьшает количество используемого инструмента и проводимых на операции переходов. Кроме того, конструкцию канавок лучше принять с радиусными переходами, так как в этом случае они могут быть получены контурными резцами с соответствующим радиусом вершины пластины. Аналогичный подход может быть использован при обработке КТЭ «Ж» – шестигранник и «О» – лыска, при фрезеровании торцевой двухсторонней фрезой с использованием цифровой делительной головки. В то же время КТЭ «П» – цилиндр не может охватывать все цилиндрические поверхности, так как в зависимости от точности маршрут их обработки будет отличаться. Кроме того есть цилиндрические поверхности обрабатываемые обкаткой, что изменяет их план обработки.

Окончательный перечень КТЭ будет:

А – торец,

Б – фаска,

В – отверстие продольное,

Г – резьба в отверстии,

Д – канавка под стопорное кольцо,

Е – зубчатый венец,

Ж – шестигранник,

З – канавка радиусная,

И – конус,

К – шпоночный паз,

Л – наружная резьба,

М – отверстие поперечное,

Н – центровое отверстие,

О – цилиндр 6-го квалитета,

П – цилиндр 11-го квалитета,

Р – цилиндр 14-го квалитета,

С – фаска в отверстии,

Т – канавка для выхода резца.

 

Исходя из анализа структуры КТЭ рассмотренной группы деталей, была разработана комплексная деталь (рис. 16), в которую входят КТЭ, присутствующие во всех деталях группы (таб. 1).

Поскольку вал-шестерня в данной группе деталей имеет наибольшее число КТЭ, то эта деталь является лидером. Маршрут ее обработки в основном совпадает с маршрутом обработки комплексной детали. Некоторые отличия заключаются в структуре переходов.

 

Таблица 1

Структура КТЭ деталей группы

 

 

Рис. 15. Комплексная деталь

 

Задание 3. Для каждого КТЭ комплексной детали необходимо определить маршрут обработки, в котором должны отражаться следующие свойства:

- тип операции,

- оборудование, используемое для выполнения операции,

- способ установки детали на операции,

- рабочая позиция детали,

- инструмент, используемый для обработки и др.

Например, первый индекс в обозначении свойств – тип операции: операция фрезерно-центровальная индекс – 1, токарная черновая индекс – 2, токарная чистовая индекс – 3, фрезерная индекс – 4, зубофрезерная – 5, сверлильная индекс – 6, кругло-шлифовальная индекс – 7, термическая индекс – 8, и т.д.

Второй индекс в обозначении свойств обработки – оборудование: станок фрезерно-центровальный с ЧПУ XZK8230-3000 индекс – 1, станок токарный с ЧПУ 16А20Ф3 индекс – 2, станок вертикально-фрезерный с ЧПУ ГФ2171С5 индекс – 3, станок зубофрезерный с ЧПУ 53Р32(50)Ф6 индекс – 4, станок кругло-шлифовальный с ЧПУ MKS1620 индекс – 5 и т.д.

Третий индекс способ установки детали: установка в призмах индекс – 1, установка патрон-центр индекс – 2, установка в центрах индекс – 3, установка в патрон индекс – 4, установка в цангу индекс – 5 и т.д.

Четвёртый индекс – позиция обрабатываемой детали: обработка левой стороны индекс – 1, обработка правой стороны индекс – 2 и т.п.

Пятый индекс – обрабатывающий инструмент: фреза торцевая ГОСТ 26595-85 диаметром 160 мм индекс – 1, центровочное сверло ГОСТ 14952-75 обозначение 2317-0107 диаметром 4мм индекс – 2, резец проходной с четырёхгранной пластиной MSSCR-25 25-M15 индекс – 3, резец контурный с четырёхгранной пластиной 2102-4035 PCLNR3225P16 – индекс – 4, фреза шпоночная ГОСТ 9140-78 диаметром 12 мм индекс – 5, фреза червячная модульная ГОСТ 9324 – 80 индекс – 6, круг шлифовальный ПП500´75´125 Э50СМ1К5 индекс – 7, накатное приспособление индекс – 8, сверло – 9, резец канавочный под стопорную шайбу – 10, резец под радиусную канавку – 11, резец резьбовой – 12, зенковка – 13, метчик – 14 и т.д.

Свойства маршрутов обработки КТЭ комплексной детали, представлены в таблице 2.

На основе анализа технологических свойств КТЭ проводится группирование обработки по операциям таким образом, чтобы четыре первые цифры совпадали (вид операции, станок, способ установки и позиция обрабатываемой детали).

Пятые цифры показывают необходимое количество инструментов в наладке для обработки всей группы деталей.

Например, на токарной черновой операции должна проводиться обработка цилиндрических и конических наружных поверхностей КТЭ: Е, И, Л, О, П, Р. Параметры точности размеров, формы и отклонения расположения поверхностей, а так же шероховатости на данной операции получаются одинаковыми.

Аналогично проводится группирование переходов на другие операции.

 

Вид обработки	фрезерование торцов	центрование	черновое точение	получистовое точение	чистовое точение	обкатывание роликами	фрезерование	сверление	нарезание резьбы	зенкование	зубофрезерование	предварительное шлифование	окончательное шлифование
Обозначение КТЭ
А - торец	1,1,1,1и2,1
Б - фаска					2,2,3,1,4
В - отверстие продольное								6,3,4,1,9
Г - резьба в отверстии									6,3,4,1,14	6,3,4,1,13
Д - канавка под стопорное кольцо					2,2,3,1,10
Е - зубчатый венец			2,2,3,1,3								5,4,5,1,6
Ж - лыска							4,3,5,1,1
З - канавка радиусная					2,2,3,1,11
И - конус			2,2,3,1,3	2,2,3,1,4	2,2,3,1,4							7,5,3,1,7	7,5,3,1,7
К - шпоночный паз							4,3,5,1,5
Л - наружная резьба			2,2,3,1,3	2,2,3,1,4	2,2,3,1,12
М - отверстие поперечное								6,3,4,1,9		6,3,4,1,13
Н - центровое отверстие		1,1,1,1и2,2
О - цилиндр 6-го квалитета			2,2,3,1,3	2,2,3,1,4	2,2,3,1,4							7,5,3,1,7	7,5,3,1,7
П - цилиндр 11-го квалитета			2,2,3,1,3	2,2,3,1,4		2,2,3,1,13
Р - цилиндр 14-го квалитета			2,2,3,1,3
С - фаска в отверстии										6,3,4,1,13
Т - канавка для выхода резца					2,2,3,1,4

 

 

Задание 4. Исходя из анализа информации, представленной в табл. 2, разработан групповой ТП, обеспечивающий получение всех перечисленных КТЭ рассмотренной группы деталей. При этом необходимо учитывать особенности используемого на предприятии технологического оборудования. Для оптимизации процесса проектирования групповых ТП можно использовать автоматизированные системы технологического проектирования.

Маршруты обработки деталей группы, полученные на основе ТП комплексной детали, представлены в табл. 3.

Таблица 3

Маршруты групповых операций

№ операции	Наименование операции	Вал-шестерня 81.26.054	Вал 81.30.391	Вал 81.26.056	Валик 40.31.34.100	Шток 9.1	Ось 9.3	Валик 9.4
	Фрезерно-центровальная	+	+	+	+	+		+
	Токарная черновая с ЧПУ	+	+	+	+	+	+	+
	Токарная чистовая с ЧПУ	+	+	+	+	+	+	+
	Вертикально-фрезерная с ЧПУ	+	+	+	+	+	+	+
	Шлифовальная с ЧПУ	+	+	+	+	+	+	+
	Зубофрезерная с ЧПУ	+
	Термическая в среде защитных газов	+	+	+	+	+

 

Знак «+» находящийся на пересечении строки соответствующей операции и столбца соответствующего номеру детали говорит о том, что данная операция присутствует в технологическом процессе рассматриваемой детали.

При разработке группового ТП, на основе анализа комплексной детали, к каждой операции прикреплён станок, обеспечивающий обработку всех деталей группы. При этом в инструментальной наладке должны быть инструменты для обработки всех закреплённых за этой операцией КТЭ группы деталей.

Получение маршрута для конкретной детали осуществляется выбором соответствующих операций из группового ТП. Так как на всём оборудовании, задействованном для группового ТП, имеется весь необходимый инструмент, то при переходе к изготовлению другой детали группы требуется загрузить на станок только соответствующую управляющую программу.

Если в группу требуется включить новую деталь, то необходимо провести анализ структуры её КТЭ, и при необходимости их унифицировать с уже имеющимися элементами деталей группы. Если номенклатура КТЭ новой детали соответствует номенклатуре КТЭ деталей группы, то для запуска её в производство не требуется существенных дополнительных затрат. Если в структуре КТЭ появится новый элемент, то требуется провести анализ его получения и выбрать способ решения этой задачи. Например, применить дополнительный переход с требуемым инструментом, или если это решение не возможно на имеющемся оборудовании, то включить в техпроцесс ещё одну операцию с соответствующим станком, оснасткой и инструментом, т.е. провести обогащение структуры группового технологического процесса.

Задание 5. Для детали вал-шестерня 81.26.054 проведём расчёт припусков и межоперационных размеров.

Расчетно-аналитический метод определения припусков на обработку (РАМОП) базируется на анализе факторов, влияющих на припуски предшествующего и выполняемого переходов технологического процесса обработки поверх­ности. Промежуточные размеры и раз­меры заготовки рассчитывают с использова­нием минимального припуска.

Применение РАМОП сокращает в среднем отход металла в стружку по сравнению с та­бличными значениями.