Проектирование технологического процесса в условиях автоматизорованного производства детали «Колесо зубчатое» МСТ. 
203. 30. 001

Содержание Введение

1. Обоснование выбора заготовки в условиях автоматизированного машиностроения

2. Выбор схем базирования

3. Маршрут изготовления детали «Колесо зубчатое» МСТ.203.30.001

4. Выбор оборудования

5. Обоснование схем и средств автоматизированного контроля

6. Обоснование и выбор средств технологического оснащения

7. Обоснование и выбор методов и средств межоперационного перемещения детали

8. Компоновочная схема гибкой автоматизированной линии Список использованных источников

Введение

колесо зубчатый автоматизированный Развитие и повышение эффективности машиностроения возможно при существенном росте уровня автоматизации производственного процесса. В последние годы широкое распространение получили работы по созданию новых высокоэффективных автоматизированных механосборочных производств и реконструкции действующих производств на базе использования современного оборудования и средств управления всеми этапами производства. Производственные процессы должны обеспечивать выпуск продукции необходимого качества и требуемое количество изделий в заданный срок при минимальных затратах живого труда и вложенных капитальных затратах.

Проектирование механосборочного производства получило развитие в результате обобщения опыта использования новейших средств производства и комплексной автоматизации производственных процессов на базе применения промышленных роботов, автоматических транспортных средств, контрольно-измерительных машин и т. п. В дальнейшем это позволит создавать интегрированные производства, обеспечивающие автоматизацию основных и вспомогательных процессов и при минимальном участии человека в производсгвенном процессе выпускать изделия требуемого качества и в необходимом объеме.

Проектирование подобных производств должно вестись на базе современных подходов к принятию проектных решений, в частности, с использованием системно-модульного принципа построения производственных систем, формализации отдельных этапов проектирования и принципов анализа и синтеза производства, что позволит сократить сроки проектирования, повысить его качество и автоматизировать процесс проектирования.

1. Обоснование выбора заготовки в условиях автоматизированного машиностроения В зависимости от служебного назначения зубчатые колеса изготовляют из углеродистых, легированных сталей, реже — из чугуна, пластических масс и бронзы. Материал зубчатых колес должен обладать однородной структурой, которая способствует стабильности размеров после термической обработки, особенно размеров отверстия и шага колес.

Цилиндрические колеса, применяемые в силовых и точных кинематических передачах станков, обычно изготовляют в зависимости от условий эксплуатации, в том числе нагружения, из сталей 12ХН3А, 20Х, 25ХГТ (для нитроцементации), 18ХГТ (для цементации), 40Х и 40ХФА для закалки. Сталь 25ХГТ обладает повышенной прочностью по сравнению во сталью 18ХГТ. Во избежание появления трещин при зубошлифованнии зубчатые колеса должны быть хорошо отпущены. Хромомолибденовые стали в настоящее время используют при изготовлении цементируемых зубчатых колес При изготовлении заготовок зубчатых передач применяют различные методы. Лучшим является тот метод, по которому заготовки получаются наиболее экономичными, обеспечивают наименьшие припуски на механическую обработку и имеют требуемое качество.

В серийном производстве стальные заготовки зубатых колес получают горячей штамповкой в одно-, двухи многоручьевых штампах на молотах или прессах, а также прокат высокой точности.

Ввиду особенности конструкции детали (слишком малый диаметр внутреннего отверстия) целесообразно принять в качестве заготовки круглый прокат.

Произведем расчет заготовки.

Согласно точности и шероховатости поверхностей детали определяем промежуточные припуски на поверхность наибольшего диаметра — Ш60h10 мм. Поверхность имеет шероховатость Rа1,6, следовательно, ее обработка должна иметь черновую, получистовую и чистовую стадии обработки. Припуск на диаметр 2z на черновой обработке 1,6 мм, на получистовой 0,8 мм, на чистовой 0,4 мм.

Определим диаметр заготовки Дz, мм по формуле

Дz = Дн + 2Z, (1)

Дz = 60 + 1,6 + 0,8 + 0,4 = 62,8 мм.

где Дн — номинальный диаметр детали, мм

Выберем необходимый диаметр проката высокой точности прокатки по ГОСТ 2590– — 88. Принимаем круглого профиля 63 мм.

Круг 63-А ГОСТ 2590–88 / 45 ГОСТ 1050–88

Найдем длину заготовки Lz, мм по формуле

Lz = Lд + 2Z, (2)

Lz = 20 + 2 · 2,5 = 25 мм где Lд — длина детали, мм;

2Z — припуск на подрезку торцов, мм.

Определим массу заготовки Gз.пр., кг, имея ее объем V, см3 и плотность с = 7,85 г/см3 .

V= (Dz2/4) Lz, (3)

V = (3,14 · 6,32 / 4) 2,5 = 78 см³

Gз.пр. = V/1000, (4)

Gз.пр. = 78 · 7,85 / 1000 = 0,6 кг Рисунок 1 — Эскиз заготовки Найдем коэффициент использование материала.

Ким = Gд./Gз.пр.п, (5)

Ким = 0,25 / 0,6 = 0,42

2. Выбор схем базирования Обработка данной детали начинается с обработки отверстия и базового торца, а затем на их базе осуществляется большинство операций (токарных, зубонарезных и зубошлифовальных).

Ниже приведены схемы базирования на операциях технологического процесса изготовления детали.

Схема базирования при токарной предварительной обработке с одной стороны представлена на рисунке 2. Базирование реализуется по торцу и наружной поверхности.

Рисунок 2 — Схема базирования при предварительной токарной обработке Схема базирования при первой токарной предварительной обработке с другой стороны представлена на рисунке 3. Базирование реализуется по торцу и наружной поверхности.

Рисунок 3 — Схема базирования при предварительной токарной обработке Схема базирования при протягивании отверстия и паза представлена на рисунке 4. Базирование реализуется по торцу и отверстию.

Рисунок 4 — Схема базирования при протягивании Схема базирования при окончательной токарной обработке представлена на рисунке 5. Базирование реализуется на оправке с упором в торец.

Рисунок 5 — Схема базирования при окончательной токарной обработке Схема базирования при нарезании зубьев представлена на рисунке 6. Базирование реализуется по торцу и отверстию (на оправке).

Рисунок 6 — Схема базирования при нарезании зубьев

Схема базирования при окончательной обработке центрального отверстия представлена на рисунке 7. Базирование реализуется по наружному диаметру зубчатого венца.

Рисунок 7 — Схема базирования при окончательной обработке центрального отверстия Схема базирования при предварительном шлифовании зубьев представлена на рисунке 8. Базирование реализуется на оправке по центральному отверстию и торцу.

Рисунок 8 — Схема базирования при предварительном шлифовании зубьев

Схема базирования при окончательном шлифовании зубьев представлена на рисунке 9. Базирование реализуется на оправке по центральному отверстию и торцу.

Рисунок 9 — Схема базирования при окончательном шлифовании зубьев

3. Маршрут изготовления детали «Колесо зубчатое» МСТ.203.30.001

Согласно выбранных схем базирования составим маршрут обработки детали. Маршрут обработки представлен в таблице 1.

Таблица 1 — Маршрут обработки детали

4. Выбор оборудования В состав разрабатываемой ГАЛ (гибкой автоматизированной линии) входят РТК (роботизированные технологические комплексы), основой которых являются металлорежущие станки. Эти станки должны обеспечить максимальную «безлюдность» обработки. Данным требованиям удовлетворяют станки с ЧПУ и станки полуавтоматы.

Основываясь на вышеизложенные требования и маршрут обработки, выберем оборудование для обработки данной детали.

Токарный с ЧПУ 16К20РФ3:

— наибольший диаметр обрабатываемой заготовки над суппортом 250 мм;

— наибольшая длина обрабатываемой заготовки 1000 мм;

— частота вращения шпинделя 12,5−2000 об/мин;

— продольная подача 3 — 1200 мм/мин;

— поперечная подача 1,6 — 6000 мм/мин;

— конус отверстия пиноли Морзе 5;

— мощность электродвигателя главного привода 7,5 кВт;

— длина станка 5300 мм;

— ширина станка 3420 мм;

— устройство ЧПУ — Н22−1М.

Вертикально-протяжной полуавтомат 7Б64:

— номинальная тяговая сила 50 кН;

— наибольшая длина хода салазок 1000 мм;

— размеры рабочей поверхности опорной плиты 320Ч320 мм;

— скорость рабочего хода протяжки 1,5 — 11,5 м/мин;

— скорость обратного хода протяжки 20 м/мин;

— мощность электродвигателя 11 кВт;

— длина станка 2875 мм;

— ширина станка 1350 мм.

Зубофрезерный полуавтомат с ЧПУ МА70Ф4:

— наибольший диаметр обрабатываемой заготовки 320 мм;

— наибольшие размеры нарезаемых колес:

— модуль 6;

— длина зуба прямозубых колес 200 мм;

— угол наклона зубьев ±45є;

— наибольший диаметр устанавливаемых червячных фрез 160 мм;

— наибольшее осевое перемещение фрезы 200 мм;

— частота вращения шпинделя инструмента 60−250 об/мин;

— подача заготовки:

а) вертикальная 1 — 100 мм/мин;

б) радиальная 1 — 100 мм/мин;

в) тангенциальная 0,4 — 100 мм/мин;

Внутришлифовальный с ЧПУ 3А227АФ2:

— наибольший диаметр устанавливаемой заготовки 250 мм;

— наибольшая длина шлифуемого отверстия 125 мм;

— диаметр шлифуемого отверстия 5−150 мм;

— наибольший диаметр и высота шлифовального круга 8050 мм;

— частота вращения шпинделей 9000, 60−120 об/мин;

— мощность электродвигателя 4 кВт;

— длина станка 2815 мм;

— ширина станка 1900 мм.

Зубошлифовальный полуавтомат 5В832:

— диаметр обрабатываемого зубчатого колеса 20−200 мм;

— модуль обрабатываемого зубчатого колеса 0,3−3 мм;

— наибольшая длина шлифуемого зуба 100 мм;

— наибольший угол наклона шлифуемого зубчатого колеса ±45є;

— число зубьев обрабатываемого зубчатого колеса 12−200;

— частота вращения шлифовального круга 1500 об/мин;

— тип круга — червячный;

— наибольшие размеры шлифовального круга Ш400Ч63 мм;

— мощность электродвигателя 3 кВт;

— длина станка 2110 мм;

— ширина станка 2450 мм.

5. Обоснование схем и средств автоматизированного контроля В соответствии с технологическим процессом изготовления зубчатых колес их контроль осуществляется в два этапа: на этапе изготовления колес до зубонарезания и на этапе зубонарезания и отделочной обработки зубьев.

Контроль размеров деталей, как правило, выполняют до обработки после окончания процесса резания, а иногда и между переходами. Часто в такие контрольные операции включают и контроль режущего инструмента. Такой контроль режущего инструмента и обрабатываемой заготовки ведет к удлинению полного цикла обработки, однако при этом повышается качество изготовления деталей и полностью исключается брак.

Наиболее распространенными средствами прямого контроля с микронной точностью деталей и полуфабрикатов являются датчики касания, встроенные в гибкий автоматизированный участок. Схема измерения размеров детали в процессе обработки приведена на рисунке 10. Используя такую схему, можно перед началом обработки измерить положение режущей кромки инструмента, которым предполагается вести обработку, чтобы учесть погрешность его установки в резцедержателе или определить в координатной системе станка точное положение заготовки, предварительно установленной с помощью робота и универсального механизма закрепления на станке.

Рисунок 10 — Схема измерения размеров детали и инструментов с использованием датчиков касания

1, 2 — измерительные головки; 3 — измерительные преобразователи; 4, 6 — запоминающее устройство; 5 — процессор; 7 — исполнительное устройство На этапе обработки зубьев зубчатого колеса в автоматизированном производстве измеряются: колебание измерительного межцентрового расстояния, как за один оборот колеса, так и на одном зубе; длина общей нормали: погрешность направления зуба; радиальное биение зубчатого венда: накопленная погрешность окружного шага.

Накопленная погрешность осевого шага цилиндрического зубчатого колеса определяется специальными приборами, встроенными в автоматизированный участок. Принципиальная схема работы прибора ШМ-1 для контроля накопленной погрешности осевого шага на угле 180° для колес диаметром 20 — 320 мм показана на рисунке 11. Измерение осуществляется двумя измерительными наконечниками 2, 4 одновременно на двух зубьях, расположенных под углом 180°. Наконечник 2 подвижен и связан с индуктивным датчиком 1. При измерении проверяемое колесо 3 поворачивается от зуба к зубу; при этом сигнал поступает от индуктивного датчика в ЭВМ автоматизированного участка.

Рисунок 11 — Схема работы прибора для измерения накопленной погрешности осевого шага В автоматизированную линию может быть встроен стенд для измерения колебания измерительного межосевого расстояния за один оборот и на одном зубе. При этой проверке используется комплексный двухпрофильный метод контроля (рисунок 12). При этом методе контролируемое зубчатое колесо 3 находится в плотном двухпрофильном зацеплении с эталонным колесом 2. При взаимном обкатывании из-за погрешностей проверяемого зубчатого колеса 3 происходит смещение колеса 2. Это смещение фиксируется индуктивным датчиком 1. О точности зубчатого колеса судят по колебанию межцентрового расстояния за один оборот колеса (показатель кинематической точности колеса) и по смещению на одном зубе (показатель плавности работы колеса). Проверка в плотном зацеплении характеризует суммарную погрешность, состоящую из погрешности профиля, радиального биения, неравномерности шага, толщины зуба и т. д.

Рисунок 12 — Приспособление для комплексного двухпрофильного контроля

6. Обоснование и выбор средств технологического оснащения Для автоматической подачи детали в зажимное устройство станка используются различные автоматические загрузочно-разгрузочных устройства, роботы и манипуляторы непосредственно связанные со станком.

Для обслуживания станка 16К20РФ3 выбираем по [1, с121] промышленный робот «М10П.62.01», предназначенный для обслуживания именно этого станка.

Технические характеристики робота «М10П.62.01»:

— грузоподъемность 10 кг;

— число степеней подвижности 6;

— управление — позиционное;

— число программируемых координат 6;

— линейное перемещение по осям — 150 мм;

— угловые перемещения по осям 90°/180°.

Для обслуживания станков 7Б64, МА70Ф4, 3А227АФ2, 5В832 выбираем по [1, с120] промышленный робот «Универсал-5.02», предназначенный для обслуживания полуавтоматов, агрегатных и универсальных станков. Отличительной чертой данного робота является широкий диапазон координатных перемещений.

Технические характеристики робота «Универсал-5.02»:

— грузоподъемность 10 кг;

— число степеней подвижности 6;

— управление — позиционное;

— число программируемых координат 4;

— линейное перемещение по осям — 400/640 мм;

— угловые перемещения по осям 180°.

Для зажима обрабатываемой детали используется следующая технологическая оснастка и режущий инструмент для обработки детали.

Операция 015: Патрон трехкулачковый с электроприводом; Резец 2103−0711 ГОСТ 20 872–80; Сверло 035−2301−1087 ОСТ 2И20−2-80; Резец К.01.4981.000−06 ТУ 2−035−1040−86.

Операция 020. Патрон трехкулачковый с электроприводом; Резец 2103−0711 ГОСТ 20 872–80; Зенкер 2320−2597 Н11 ГОСТ 3231–71; Резец К.01.4981.000−06 ТУ 2−035−1040−86; Резец К.01.4981.000−06 ТУ 2−035−1040−86.

Операция 025. Опора жесткая; Протяжка комбинированная.

Операция 030. Оправка; Резец 2103−0711 ГОСТ 20 872–80.

Операция 035. Оправка; Фреза червячная черновая.

Операция 050. Патрон трехкулачковый со специальными кулачками и электроприводом; Круг ПП 25Ч16Ч8 25А СМ-5-К ГОСТ 2424–83.

Операция 055. Оправка; Круг червячный 100Ч63Ч32 25А 25 СМ-2-К ГОСТ 2424–83.

Операция 060. Оправка; Круг червячный 100Ч63Ч32 25А 25 СМ-2-К ГОСТ 2424–83.

7. Обоснование и выбор методов и средств межоперационного перемещения детали На разрабатываемой ГАЛ основой автоматической транспортной системы являются стеллажи-накопители 1, обслуживаемые штабелером-манипулятором 3. Вдоль стеллажей расположено станочное оборудование с промышленными роботами 4. Межоперационное перемещение заготовок осуществляется посредством тактовых столов 6, расположенных между промышленными роботами, обслуживающими станки. На стеллажи посредством загрузочно-рагрузочных устройств 2 подаются заготовки, далее штабелер-манипулятор укладывает данные заготовки на тактовое устройство передачи заготовок 5 (накопитель кассет). Первый робот подает заготовку на первый станок. После обработки на первом станке заготовка подается на следующий станок посредством тактового стола, с помощью второго робота деталь устанавливается на втором станке и т. д. в конце участка находится накопитель готовых деталей 7. Штабелер складывает готовые детали на стеллажи, после чего посредством загрузочно-рагрузочных устройств готовые детали удаляются со стеллажей.

Компоновочная схема ГАЛ с описанием позиций представлена на рисунке 13 в следующем разделе.

8. Компоновочная схема гибкой автоматизированной линии Компоновочная схема ГАЛ с описанием позиций представлена на рисунке 13.

Рисунок 13 — Компоновочная схема ГАЛ

1 — Стеллаж;

2 — Загрузочно-разгрузочное устройство;

3 — Штабелер-манипулятор;

4 — Промышленный робот;

5 — Тактовое устройство передачи заготовок (накопитель кассет);

6 — Тактовый стол;

7 — Накопитель готовых деталей.

Список использованных источников

1. «Обработка металлов резанием. Справочник технолога» /Под общ. ред. А. А. Панова.- М.: Машиностроение, 1988. — 736 с.

2. Проектирование технологии автоматизированного машиностроения: Учеб. для машиностроит. спец. вузов/ И. М. Баранчукова, А. А. Гусев, Ю. Б. Крамаренко и др.: Под общ. ред. Ю. М. Соломенцева — 2-е изд., испр. — М.: Высш. шк., 1999. — 416 с.

3. Колесов И. М. Основы технологии машиностроения: Учеб. для машиностроит. спец. вузов. — 2-е изд., испр. — М.: Высш. шк., 1999. — 591 с.

4. «Справочник технолога машиностроителя» В 2-х т./ Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1986.