Министерство образования РФ
Ульяновский Государственный Технический Университет
Кафедра «Технология машиностроения»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по автоматизации
Разработал А.В.

ст. гр. ТАПд-51
Проверил: Рязанов С.И.
Ульяновск 2001г.
АННОТАЦИЯ

курсовой работы по дисциплине “Автоматизация производственных процессов в машиностроении” студента машиностроительного факультета

Брызгалина А.В.
Тема: Автоматическая линия механической обработки заготовок вала коробки скоростей станка(662.59.05.01.00.033)
ПЗ на 34 с., в том числе 8 ил.;2 листа чертежей.

Ульяновский государственный технический университет, 2001 г.
В курсовой работе при заданной программе выпуска детали вала коробки скоростей(662.59.05.01.00.033) в количестве 100000 штук, определен тип производства и форма его организации. Представлен анализ служебного назначения и технических требований к валу, рассчитан такт выпуска, конструкция вала отработана на технологичность.

Обоснован выбор метода получения исходной заготовки двумя способами: вручную и с помощью ЭВМ.

Разработаны единичный маршрутно-операционный технологический процесс изготовления вала коробки скоростей (662.59.05.01.00.033), циклограмма работы и компоновка автоматической линии.

На первом листе графической части курсовой работы представлен технический проект устройства активного контроля к круглошлифовальному автомату. На втором листе графической части приведена схема управления устройством активного контроля и шлифовальной станцией.
СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ
На современном этапе развития машиностроения основной задачей является создание основ управления качеством деталей и машин, обеспечение их надежности и долговечности. Автоматизация производства в машиностроении – комплексная конструкторско-технологическая задача создания новых технологий и техники, принципиально отличных от арсенала средств неавтоматизированного производства. Генеральное направление автоматизации производственных процессов в машиностроении состоит в создании таких высокоэффективных технологических процессов и высокопроизводительных средств производства, применение которых было бы невозможно при непосредственном участии человека в управлении ими /3/. Важнейшие современные направления развития технологии машиностроения по оптимизации режимов и процессов обработки автоматизации производства и управления технологическими процессами, применению технологических методов повышения эксплуатационных качеств изготовляемых изделий и других в значительной мере основываются на достижениях математических наук, электронной вычислительной и управляющей техники, кибернетики, робототехники, металлофизики и других современных теоретических и технических наук /4/.

Оценка технологичности конструкции детали является важным этапом технологической подготовки производства. Конструкция детали является технологичной, если при ее изготовлении и эксплуатации затраты материала, времени и средств минимальны. При выборе метода получения заготовок необходимо стремиться к стабильности размеров и качества материала, рациональному распределению и постоянству припусков и твердости обрабатываемых поверхностей /1/.

В условиях массового производства применение автоматической линии для изготовления детали диск способствует решению трех важных проблем: улучшению условий труда работающих, повышению производительности труда и снижению численности работающих. Кроме того, автоматическая линия обладает следующими преимуществами: сокращает производственные площади, сокращает вспомогательные транспортные средства, сокращает продолжительность производственного цикла, уменьшает объем незавершенного производства, обеспечивает строгий производственный ритм в работе, что ускоряет оборачиваемость оборотных средств предприятия и снижает себестоимость продукции. Особое место при проектировании автоматической линии уделяется базированию заготовки. Сохраняя технологические базы, не следует делать лишних поворотов заготовки. На автоматической линии стремятся к концентрации переходов операций обработки. Для достижения высокой степени концентрации процесса обработки применяются многопозиционные станки. Имеет значение и выбор инструмента. Для обработки заготовок на автоматической линии широко применяется сборный инструмент с механическим креплением пластин и специальный режущий инструмент /10/. А применение ЭВМ при решении частных задач позволяет ознакомиться с рядом инженерных программных продуктов(AutoCAD,САПР,Компас и т.д.)

1ИСХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Исходная информация для выполнения курсовой работы по автоматизации производственных процессов в машиностроении подразделяется на базовую, руководящую и справочную (ГОСТ 14.301-83).

Базовая информация включает чертеж вала коробки скоростей(662.59.05.01.00.033), годовую программу выпуска деталей в количестве 100000 штук и продолжительность выпуска диска по неизменной конструкторской документации (5 лет) в соответствии с заданием на курсовую работу.

Руководящая информация включает данные, содержащиеся в стандартах всех уровней, устанавливающих требования к технологическим процессам и методам управления ими, а также в стандартах на оборудование и оснастку, документации на действующие технологические процессы, производственных инструкциях, материалах по выбору технологических нормативов.

Справочная информация содержит данные, имеющиеся в технологической документации опытного производства, каталогах, паспортах, справочниках /7/, альбомах компоновок средств автоматизации технологических процессов, прогрессивных средств технологического оснащения /12/, компоновок и планировок автоматических линий и участков /13/, учебниках /4,9,10/, учебных пособиях /1,2,3,5,8,11/ и методических указаниях /6/.

2ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1Служебное назначение детали

Вал коробки скоростей станка (662.59.05.01.00.033) служит для передачи крутящего момента от электродвигателя к рабочиму органу станка.

Для изготовления вала коробки скоростей используется сталь 45 ГОСТ1050-88, которая обладает высокой прочностью и вязкостью. Выбранный материал экономически выгоден для изготовления детали, поскольку данный вал является ответственной деталью.

2.2Расчет такта выпуска

Согласно задания на курсовую работу годовая программа выпуска вала составляет 100000 штук. Продолжительность выпуска вала по неизменной конструкторской документации составляет 5 лет. Исходя из заданной программы выпуска детали, рассчитывается квартальное, месячное и суточное задание.

Квартальное задание определяем по формуле:

N_кв = N / 4, (1)

где N – годовая программа выпуска детали, шт.

N_кв = 100000 / 4 = 25000 шт.

Месячное задание определяем по формуле:

N_мес = N / 12, (2)

N_мес = 100000 / 12 = 8333 шт.

Суточное задание определяем по формуле:

N_сут = N / 253, (3)

N_сут = 100000 / 253 = 395 шт.

При проектировании поточной линии для изготовления кулака тип производства можно ориентировочно определить по табл. 2.1. /1/, зная годовую программу выпуска деталей и массу детали, которая равна 4,5 кг. Тип производства соответствует массовому.

В соответствии с ГОСТ 14.312-74 форма организации производства – поточная.

Длительность такта для однономенклатурной линии определяем по формуле:

Т_т = (Ф_до60К_з) / N(1+а), (4)

где Ф_до = 3725 ч – действительный годовой фонд времени работы автоматической линии при двух рабочих сменах;

К_з = 0,75 – 0,85 – нормативный коэффициент загрузки оборудования, учитывающий простои по организационно-техническим причинам и регламентированные перерывы на отдых /1/;

а=0 - 0,05 – коэффициент, учитывающий возможные потери в связи с выпуском объектов производства, не соответствующих техническим требованиям /2/. T_т = (3725600,75) / 100000(1+0,03) = 1,64 мин

3ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1Отработка конструкции вала на технологичность

Качественный анализ конструкции ступенчатого вала позволяет сделать вывод о технологичности конструкции данной детали.

Данный вывод сделан также на основании нижеизложенного:

1. существует возможность одновременной обработки нескольких поверхностей;

2. может быть предусмотрена возможность механической обработки комплекта технологических баз;

3. конструкция ступенчатого вала коробки скоростей обеспечивает возможность использования типового технологического процесса.

Для сокращения технологического цикла изготовления вала разработана автоматическая линия, состоящая из автоматов и полуавтоматов, загрузочных устройств, накопителей и т. п. Кроме того, оборудование выбрано с учетом сокращения производственных площадей и использования станочников невысокой квалификации.

3.2Анализ и разработка технических требований изготовления ступенчатого вала

Исходя из служебного назначения детали произведем анализ технических требований, имеющихся на чертеже вала, разработаем технические требования, которые должны быть введены для выполнения изделием его служебного назначения.

Техническое требование:

1.Овальность и конусообразность поверхности Г и Д не более 0,008 мм.

2.Торцовое биение относительно поверхности Г и Д не должно превышать 0,02 мм.

3.Радиальное биение шеек под подшипники не более 0,01 мм.

Невыполнение данных технических требований может привести к недопустимому перекосу наружного и внутреннего колец подшипников, появлению дополнительной вибрации и разрушению деталей коробки скоростей. Обрабатываемая в приспособлении заготовка может получать погрешность обработки, в результате чего не будут выдержаны заданные размеры получаемой детали.


На рис.1 представлена схема контроля технического требования 3

Вал устанавливают в центра. Наконечник микрокатера (1ИГП, ГОСТ6933-81, цена деления 0,005 мм)подводится к контролируемой поверхности. Деталь поворачивают на 360 градусов и определяют отклонение по разности между крайними значениями микрокатера.



Техническое требование 2:

Невыполнение данного технического требования может привести к биению шеек вала при работе коробки скоростей станка, появлению дополнительных нагрузок и разрушению деталей коробки. Обрабатываемая в приспособлении заготовка будет получать погрешность обработки, в результате чего не будут выдержаны заданные размеры получаемой детали.

Схема контроля приведена на рис.2.



Наконечник микрокатора (1ИГП, ГОСТ 6933-81, цена деления 0,005 мм) подводится к контролируемой поверхности. Поворачивают деталь на 360 градусов и определяют отклонение по разности между крайними значениями отклонений микрокатора.

При соблюдении вышеперечисленных требований кулак будет выполнять свое служебное назначение.

3.3Выбор заготовки и метода ее изготовления

Выбор метода получения заготовки произведен при помощи ЭВМ. Для выбора метода получения заготовки был использован соответствующий программный продукт. Введя необходимые исходные данные: материал заготовки, программу выпуска вала, тип детали и т. д. получили, что оптимальным вариантом является получение заготовки из сортамента круглого сечения диаметра 55 мм, так как этот метод обеспечивает наиболее высокий коэффициент использования материала (КИМ=0,85) и стоимость черновой обработки минимальна, что удовлетворяет требованиям массового производства. Себестоимость получения заготовки относительно низкая.

Выбор метода получения заготовки с помощью ЭВМ представлен в приложении 1.

3.4Разработка единичного технологического процесса изготовления ступенчатого вала

3.4.1Выбор методов обработки поверхностей заготовки

Метод обработки поверхностей заготовки выбирают исходя из необходимости обеспечения наиболее рационального процесса обработки с учетом служебного назначения вала, функционального назначения поверхности, требований по геометрической точности и др.

Обработку наружных цилиндрических поверхностей с точки зрения производительности и точности можно выполнить практически в одном приемлемом варианте – точением.

Обработка торцовых поверхностей фрезерованием обеспечивает высокую производительность обработки и позволяет провести данную обработку на фрезерно-центровальной автомате в составе автоматической линии.

Чистовую и отделочную обработку шеек целесообразно реализовать торцекруглым шлифованием, которое обеспечит высокую производительность обработки, а также точность размеров, формы и взаимного расположения указанных поверхностей.

Выбрав метод обработки, составляется маршрутный технологический процесс обработки вала.

Технологический маршрут обработки заготовки вала приведен в табл. 1.


Эскиз детали с обозначением поверхностей см. рис. 3.


Таблица 1

Маршрутный технологический процесс обработки заготовки ступенчатого вала коробки скоростей

Номер			Наименование операции (станции), содержание позиции	Станок
опер.	cтан.	поз.
1	2	3	4	5
05 10			Автоматно-линейная
	1	1	Фрезерно-центровальная Фрезеровать поверхности 1, 17	Фрезерно-центроваль-ный п/а мод. 2982
		2	Сверлить два центровых отверстия
	2	1	Токарная Точить поверхности 11	Токарный гидрокопир. п/а
	2	2	Токарная Точить поверхности 2,3,6,7,8,9,10, 11,13,14,15,16, предварительно
	2	3	Токарная Точить поверхности 2,3,6,7,8,9,10, 11,13,14,15,16 окончательно

1	2	3	4	5
10 15 20	2 3	4 1	Резьбонарезная Нарезать резьбу на поверхности 2 Специально-фрезерная Фрезеровать шпоночный паз 5	Фрезерный спец. п/а ГФ-1466
	4	1	Специально-фрезерная Фрезеровать шпоночные пазы 4,12
25	5	1	Шлифовальная Шлифовать поверхности 6,10,13 окончательно	Торцекруглошлифов. п/а BHS25/630

3.4.2Разработка технологических переходов (выбор оборудования, режущего инструмента, назначение режимов обработки, расчет времени на обработку)

После разработки маршрутного технологического процесса определяем содержание операций, выбираем для их выполнения средства технологического оснащения, инструмент, оборудование, устанавливаем способ транспортирования и ориентации заготовок на позициях механической обработки, задаем методы контроля выдерживаемых размеров вала, назначаем и рассчитываем режимы резания.

Основой проектирования процессов и оборудования в массовом производстве является метод концентрации операций обработки. Этот метод предусматривает объединение ряда элементарных операций для выполнения их на одном станке.

Концентрация элементарных операций позволяет выполнить полную обработку вала на минимальном количестве станков. В курсовой работе в качестве оборудования на автоматической линии используются автоматы, полуавтоматы и специальные станки, встраивающиеся в автоматическую линию, обеспечивающие автоматическую загрузку, выгрузку заготовок и оснащенные устройствами активного контроля. Многошпиндельные вертикальные полуавтоматы, применяемые для токарной обработки вала, отличаются от одношпиндельных большей производительностью и позволяют вести обработку более сложных деталей. Параметр шероховатости поверхности при обработке на полуавтоматах Rа 6,3 – 1,6, что удовлетворяет требованиям, предъявляемым к валу.

Проектирование технологического процесса по методу концентрации операций позволяет во много раз сократить станкоемкость и трудоемкость изготовления вала, увеличить производительность труда, уменьшить число станков и занимаемые ими производственные площади, снизить себестоимость выпускаемой продукции /7/.

В качестве стандартного инструмента применяем резцы с механическим креплением пластин из твердого сплава. Это позволяет повысить стойкость инструмента по сравнению с напаянными резцами, сократить затраты на инструмент, а также повысить режимы резания за счет простоты восстановления режущих свойств пластин путем их поворота. Окончательную обработку вала производим на шлифовальных полуавтоматах.

После выбора оборудования и режущего инструмента назначаем режимы резания на каждую станцию обработки заготовок. При назначении элементов режимов резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.

25 операция – автоматно-линейная.

Станция 5 – круглошлифовальная.

Поз. 1.

1. 
   Выбор инструмента.
   

В качестве инструмента на данной позиции применяем шлифовальный круг ПП 600х60х307 24А50ПСМ27К5 50м/с А1.

2. 
   Эффективная мощность N.
   

При врезном шлифовании периферией круга эффективную мощность определяем по формуле:

(17)

где V_з = 40 – скорость вращательного перемещения заготовки, м/мин; S_р = 0,005 – радиальная подача при врезном шлифовании, мм/об; d = 40 – диаметр шлифуемой поверхности, мм; b = 57 – ширина шлифования, мм; С_n = 0,14 – коэффициент; г = 0,8, y = 0,8, q = 0,2, z = 1 – показатели степеней.

N = 4,5 кВт

3. 
   Скорость круга V_к.
   

V_к = 50 м/с

4. 
   Частота вращения шпинделя инструмента n_k.
   

Частоту вращения круга определяем по формуле:

n_k = V_к * 60000 / ( * D), (18)

где D = 600 – диаметр круга, мм.

n_k = 50 * 60000 / (3,14 * 600) = 1591,6 об/мин

5. 
   Подача S.
   

S = 7,5 мм/мин

Подачу корректируем по паспорту станка: S = 7,5 мм/мин.

6. 
   Основное технологическое время Т_о.
   

Основное технологическое время при врезном шлифовании определяем по формуле:

Т_о = L_х / S (19)

Т_о = 1,85 / 7,5 = 0,25 мин

Т_всп = 0,16 мин

Т_шт = 0,25 +0,16 = 0,41 мин

Штучное время на данной позиции кратно такту.

В курсовой работе рассчитаны режимы резания на ЭВМ для предварительного точения, для фрезерования шпоночных пазов, а также для нарезания резьбы.

Кроме того необходимо пронормировать все переходы технологического процесса и определить для каждого перехода основное время Т_о, вспомогательное время Т_в, величину собственных внецикловых потерь времени Т_еi при работе автоматизированного оборудования. Результаты нормирования сведены в табл. 2.

Таблица 2

Нормирование технологического процесса механической обработки кулака на автоматической линии

опер.	стан.	поз.	То,мин	Тв,мин	Теi,мин
5 10 15 20	1	1	1,11	0,2	0,02
		2	0,21	0,2	0,02
	2	1	0,43	0,24	0,04
	2	2	0,43	0,23	0,02
	2	3	0,43	0,27	0,02
	2	4	0,43	0,23	0,04
	3	1	0,24	0,21	0,02
	4	1	0,24	0,3	0,04
25	5	1	0,25	0,16	0,04

3.5Определение числа участков в автоматической линии.

Для оптимального варианта структурно-компоновочного решения автоматической линии рассчитываем технико-экономические показатели. Для оценки производительности используют технологическую, цикловую, техническую и фактическую производительность, коэффициенты технического и фактического использования автоматизированного оборудования, коэффициенты производительности и загрузки оборудования.

Технологическую производительность рассчитываем по формуле:

Q_т = 1 / Т_о (20)

где Т_о – время рабочих ходов, как длительность обработки на лимитирующей позиции, мин.

Q_т = 1 / 0,43 = 2,33 шт/мин

Цикловую производительность рассчитываем по формуле:

Q_ц = 1 / (Т_о + Т_в), (21)

где Т_в – время несовмещенных вспомогательных ходов рабочего цикла как интервал времени между обработкой на лимитирующей позиции, мин.

Q_ц = 1 / (0,43 + 0,2) = 1,6 шт/мин

Для определения коэффициента производительности используем формулу:

n = Т_о / Т_ц, (22)

где Т_ц = Т_о + Т_в – длительность рабочего цикла, мин

n = 0,43 / 0,63 = 0,68

Техническая производительность:

Q_тех = 1 / (Т_о + Т_в + Т_еi), (23)

где Т_еi – собственные внецикловые потери времени, приходящиеся на одну заготовку и учитывающие потери времени из-за простоя станков и поломки режущего инструмента, мин.

Q_тех = 1 / (0,43 + 0,2 + 0,02) = 1,54 шт/мин

Коэффициент технического использования автоматической линии определяем по формуле:

n_тех = Т_ц / (Т_ц + Т_еi), (24)

n_тех = 0,63 / (0,63 + 0,02) = 0,97

Фактическую производительность находим по формуле:

Q_ф = Q_ц / (1 + Т_п / Т_ц), (25)

где Т_п = (0,08…0,12)  [Т_о + Т_в] – суммарные внецикловые потери времени, приходящиеся на одну деталь, мин.

Q_ф = 1,6 / (1 + (0,1  (0,43 + 0,2) / 0,63)) = 1,45 шт/мин

Коэффициент использования автоматической линии:

n_исп = n_тех  n_з, (26)

где n_з = (Т_ц + Т_еi) / (Т_ц + Т_п) – коэффициент загрузки.

n_исп = 0,96  ((0,63+0,02)/(0,63 + 0,063)) = 0,9

3.6Компоновка автоматической линии

Автоматическая линия состоит из автоматов и полуавтоматов, связанных между собой средствами транспортирования заготовок.

Загрузка заготовок на рабочие станции для обработки и их последующая выгрузка осуществляются при помощи робота-манипулятора. Перемещение заготовок осуществляется при помощи приспособлений-спутников, которые перемещают заготовку из одной позиции в другую.

Механическая обработка заготовок заканчивается их окончательной обработкой на автоматическом участке, состоящим из шлифовального полуавтомата. Подвод заготовок из бункера-накопителя к станку осуществляется посредством шагового конвейера. Отвод заготовок происходит аналогичным образом. После обработки заготовок на шлифовальном оборудовании они поступают на моечную станцию, после чего производится контроль полученных готовых деталей.

Выбранный тип компоновки автоматической линии предусматривает удобство эксплуатации и работы на ней, удобство организации производства и ремонта.

Компоновка автоматической линии с обозначением составляющих ее элементов и габаритными размерами приведена в приложении 2.

3.7Построение циклограммы работы торцекруглошлифовальной станции

После нормирования переходов можно построить циклограмму работы любой станции. В приложении 3 представлена циклограмма работы торцекруглошлифовальной станции.

Оптимальное число участков автоматической линии определяем по формуле:

(27)

где с – количество станций автоматической линии при простейшем структурном варианте; К – число параллельных потоков обработки.

ny=5(12,330,02)^0,5=1,08

Принимаем n_у = 1 участку.

График загрузки оборудования приведен на рис.4.



рис.4

4Конструкторская часть

4.1Разработка технического задания на устройство активного контроля для торцекруглошлифовального автомата

Проектирование устройства активного контроля начинаем с разработки технического задания в соответствии с ГОСТ 15.001-88. Содержание технического задания приведено в табл. 3.
Таблица 3

Техническое задание на проектирование устройства активного контроля на торцекруглошлифовальную станцию

Раздел	Содержание раздела
1	2
Наименование и область применения	Устройство активного контроля размера шейки вала 662.59.05.01.00.033 (см. лист 2 графической части) на торцекруглошлифовальный полуавтомат мод. BHS 25/630 (станция 5, операция 25)
Вид разработки	Проектирование нового устройства активного контроля
Основание для разработки	Маршрутный технологический процесс механической обработки вала 662.59.05.01.00.033, нормирование операций механической обработки, циклограмма работы торцекруглошлифовального полуавтомата
Цель и назначение разработки	Проектируемое устройство активного контроля должно обеспечить: прекращение врезной подачи шлифовальной бабки после выполнения чистового шлифования в момент перехода на выхаживание; отвод шлифовальной бабки при достижении действительным размером заданного значения; рост производительности труда на данной операции на 20…25%;

Продолжение табл.3

1	2
	устройство не должно препятствовать установке и снятию заготовки
Функциональная характеристика	Устройство активного контроля двухконтактного типа. Преобразователь – электроконтактный. Привод каретки – пневматический. Число контролируемых параметров – один. Настройку устройства выполняют по эталону после его установки на станок. Входные данные о заготовке, поступающей на торцекруглошлифовальную станцию 5: наружный диаметр заготовки 400,05 мм, Rа=3,2 мкм; длина заготовки 4620,2 мм, шероховатость торцов заготовки Rа = 6,3 мкм. Выходные данные станции 5: наружный диаметр 40+0,018+0,002 мм, Rа = 0,8 мкм. Техническая характеристика станка: наибольший диаметр устанавливаемого изделия – 50 мм; наибольшая длина шлифования – 160 мм; наибольшая высота шлифовального круга – 100 мм; наибольший диаметр шлифовального круга – 600 мм. Цикл операции шлифования включает три этапа: черновое, чистовое шлифование и выхаживание. Коэффициент загрузки на данной станции Кз = 0,95. Подвод устройства активного контроля к обрабатываемой заготовке производится за 4 с перед началом обработки.
Технические требования	Тип производства – массовый. Программа выпуска – 100000 штук в год. Общий выпуск по неизменным чертежам – 500000 штук. Установочные и присоединительные размеры должны соответствовать станку мод. BHS 25/630. Необходимо предусмотреть регулирование положения измерительных наконечников относительно оси заготовки. Предельная погрешность измерения не должна превышать 0,0014 мм.
Рабочие условия	Режим работы – двухсменный. Сигнализация – светофор. Связь с системой управления станком – электрическая. Производительность – 1,44 дет/мин. Обслуживание – 2 раза в смену наладчиком 5-го разряда.

Продолжение табл. 3

1	2
Внешний вид	Металлический корпус чёрного цвета.
Производственные требования	Серийность производства – 20 шт/год. Переналадка – без переналадки в течение срока службы.
Применение унифицированных и стандартизованных деталей и узлов	Уровень унификации и стандартизации – 55%.
Документация, используемая при разработке	Активный контроль в машиностроении: Учебник. ГОСТ 14.201-83. Общие правила обеспечения технологичности конструкции изделий. ГОСТ8517-82:Приборы активного контроля при круглом наружном шлифовании
Документация, подлежащая разработке	Пояснительная записка (раздел – конструкторская часть; приложение – спецификация), чертеж общего вида устройства активного контроля.
Экономические показатели	Ориентировочный экономический эффект от применения спроектированного устройства – 200000 руб на 1 станок. Срок окупаемости затрат на разработку и освоение производства продукции – 2 года. Ориентировочная стоимость 1,5 млн. руб.

4.2Расчет настроечного размера и определение погрешности средства активного контроля

Одной из ответственных задач при проектировании устройства активного контроля является расчет размера, на который устройство активного контроля настраивается в процессе эксплуатации. Для расчета настроечного размера необходимо предварительно определить положение линии настройки в поле допуска контролируемого параметра заготовки. Положение линии настройки определяем с учетом направления изменения функциональной (систематической) погрешности М и суммарной случайной погрешности средства активного контроля _. На рис. 5 показано, каким должно быть расположение линии настройки в поле допуска на изготовление детали Т. Линия 1-1 характеризует изменение функциональной погрешности обработки за период между двумя поднастройками устройства активного контроля.

 характеризует резерв для компенсации погрешности формы.

Значение настроечного размера определяем по формуле:
Х_н = d_min + C  1,5  _ (28)

Величину _ определяем по формуле:

(29)

где _ср = 0,001 - погрешность (нестабильность) срабатывания окончательной команды, мм; _н = 0,001 – погрешность настройки, мм; _д - случайная составляющая динамической погрешности устройства активного контроля, мм; _п - погрешность, связанная с нестабильностью положения измерительных наконечников на контролируемой поверхности, мм; _т - случайная составляющая температурной погрешности, мм.

Погрешность _д определяем по формуле:

_д =   t_о, (30)

где  = 0,002 – колебание скорости изменения контролируемого размера, мм/с; t_o = 0,08 – время отставания (запаздывания) устройства активного контроля, с.

_д = 0,002  0,08 = 0,00016 мм

Погрешность _п равна нулю.

Температурные погрешности _т = 0.

Тогда:






Настроечный размер:

Х_н = 40,01 + (3  0,0014 / 2)  1,5  0,0014 = 40,012 0,0021 мм

Настроечный размер равен 40,012  0,002 мм.

4.3Расчет конструктивных параметров устройства активного контроля

В качестве конструктивных параметров устройства активного контроля для расчетов выбираем пластинчатую пружину и гидроцилиндр поскольку они относятся к основным рабочим элементам устройства. Для проведения расчетов используем последовательность расчетов, представленную в соответствующей литературе /1, 15/.

Расчет пластинчатой пружины заключается в определении её толщины.

На рис.6 представлена схема нагружения плоской пружины.

рис.6

Толщина пружины:


S=((6_*P_3*L_o)/(b_*[_из]))^0,5,

где Р₃-максимально допускаемая нагрузка на пружину, Р₃=3Н;

L_o-длина пружины, L_о=17 мм;

b-ширина пружины, b=10 мм;

[_из]-допускаемое напряжение при изгибе, [_из]=700Н/мм²


S=((6_*3_*17)/(10_*700))^0,5=0,21 мм

Принимаем толщину пружины S=0,3 мм

Расчет гидроцилиндра заключается в определении его диаметра. Диаметр гидроцилиндра определяем по формуле:

D_ц =((4  Р) / (  р  n))^0,5, (31)

где Р – сила на штоке гидроцилиндра, Н; р = 0,1 – давление жидкости в гидросети, МПа; n = 0,8 – КПД привода.

Силу на штоке гидроцилиндра определяем по формуле:

Р = Q , (32)

где Q – сила тяжести, действующая на устройство активного контроля, Н.

D_ц = ((4  30) / (3,14  0,1  10⁶  0,8))^0,5 = 24 мм

4.4Описание устройства активного контроля

Прибор состоит из следующих функциональных узлов: измерительной скобы с электронным преобразователем; электронного усилителя, показывающего прибора настроенного по дифференциальной схеме с сильфонами в качестве упругих чувствительных элементов; усилителя командных сигналов преобразователя; блока сигнализации в виде светового табло, блока электропитания и блока питания сжатым воздухом. Конструкция устройства, налаженного для измерения валов, и электрическая схема прибора представлена на листе 1 и 2 графической части работы, соответственно.

После начала обработки детали измерительная скоба надвигается на обрабатываемую деталь и зазор у сопла увеличивается в зависимости от припуска на обработку, в следствии чего возникает разница давления в сильфонах.

По мере съёма припуска с обрабатываемой детали зазор у измерительного сопла скобы уменьшается и давление в одном из сильфонов повышается, затем каретка начинает двигаться в одном из направлений. В тот момент, когда припуск обрабатываемой детали достигнет величины, соответствующей припуску на чистовое шлифование, поступает сигнал на изменение подачи, с черновой на чистовую.

Во время дальнейшей обработки детали размер и зазор будут продолжать уменьшаться, и достигнув необходимого размера детали, будет дана команда на отключение подачи и прекращения обработки. После окончания обработки измерительная скоба будет отведена в нерабочее положение, затем схема придёт в исходное положение, прибор и станок будут подготовлены к обработке следующей детали.

Микрометрический винт 1 служит для облегчения установки прибора на нуль при его настройке. При ввертывании этого винта шток перемещается, изменяется взаимное положение кареток и, следовательно, изменяется воздушный зазор индуктивного датчика.

Для настройки прибора по чувствительности предусмотрен специальный потенциометр, вмонтированный в штепсельный разъем на конце экранированного кабеля, присоединяющего измерительную головку к электронному усилителю. При уменьшении сопротивления чувствительность прибора возрастает.

Для настройки прибора по линейности в этот же штепсельный разъем вмонтирован трансформатор. Ввинчивая или вывинчивая сердечник трансформатора, добиваются линейной зависимости отклонения стрелки отсчетного устройства от измерения размера детали.

На передней панели электронного блока расположен тумблер включения электрического питания схемы и тумблер, отключающий выход усилителя от блока командных реле при настройке прибора.

4.5Разработка схемы автоматического управления торцекруглошлифовальной станцией

На втором листе графической части представлена электрическая схема управления внутришлифовальной станцией. Перемещение устройства активного контроля осуществляется посредством пневмопривода, но связь его с системой управления станком – электрическая.

В схему входят четыре электродвигателя (трехфазных с открытым ротором), которые подключаются своими обмотками к электросети (380 В) через предохранители. Последние при повышении напряжения в сети (по какой-либо причине) “перегорают” (выходят из строя), тем самым, защищая электродвигатели от повреждения их обмоток. Эти электродвигатели осуществляют вращение шлифовального круга, поводка заготовки, гидронасоса, врезную подачу шлифовальной бабки.

Ток, протекающий по цепи питания, передается посредством обмотки трансформатора в цепь управления и цепь включения лампы местного освещения ЛМО.

При включении станка (кнопка 1КУ) замыкается цепь питания, в которой происходит замыкание замыкающих контактов 1К, 2К (включаются: двигатель гидронасоса, благодаря чему в гидросистему нагнетается жидкость и создается необходимое давление в гидросистеме и начинает вращаться электродвигатель шлифовального круга); размыкаются контакты магнитного пускателя .К, благодаря чему происходит разжим тормоза шпинделя, а, замыкаясь, контакты .К запускают электродвигатель, который передает вращение заготовке. При этом загорается сигнальная лампа 1Л, символизирующая о том, что станок включен.

После этого замыкается контакт 1РП магнитного пускателя, который включит электромагнит 1ЭМ. Последний управляет золотником, который переключает гидроцилиндр перемещения схвата 2 робота-манипулятора и последний движется вниз. Движение вниз происходит в том случае, если нажаты конечный выключатель КВ1 и КВ2, сигнализирующие соответственно о том, что манипулятор подошел к конвейеру и на последнем находится спутник с заготовкой. Для обеспечения разжима схвата 2 применена так называемая схема самовозбуждения. Разжим схвата происходит в том случае, если оба схвата пусты (включение станции в начале смены, обеспечивается выключателями КВ3 и КВ6) или схват движется от станка уже разжатым и зажим производится в нижнем положении выключателями КВ3 и КВ1. После захвата заготовки выключатель КВ4 отключает цепь пускателя 1РП, благодаря чему электромагнит 1ЭМ отключается и схват 2 поднимается вверх. После того, как схват 2 поднялся, вниз опускается схват 1 при помощи пускателя 3РП и электромагнита 3ЭМ, отпускает готовую деталь (пускатель 4РП и электромагнит 4ЭМ) и поднимается вверх после отключения цепи пускателя 3РП посредством выключателя КВ6.

Когда очередная заготовка взята, а готовая деталь выложена, робот движется к станку посредством пускателя 5РП и электромагнита 5ЭМ. Движение прекращается конечным выключателем КВ7, расположенным около станка.

После окончания обработки предыдущей заготовки по команде от прибора активного контроля электродвигатель привода заготовки остановится и схват 1 пойдет вниз. После зажима готовой детали в схвате 1 срабатывает реле времени 1РВ на 2 с, обеспечивая задержку схвата 1 внизу на время, необходимое для раскрепления детали. Раскрепление производится реле 9РП и электромагнитом 9ЭМ. После поднятия детали вниз опускается схват 2 для установки на станок очередной заготовки. Этот схват также задерживается в нижнем положении на 2 с при помощи реле времени 2РВ для закрепления заготовки. Закрепление производится путем обесточивания реле 9РП и возврата золотника первоначальное положение. После того, как схват 2 отпустил заготовку и поднялся вверх, подается команда на обработку. Одновременно с этим робот начинает движение к конвейеру. При срабатывании выключателей КВ1, КВ3, КВ5, КВ6 реле пуска 5РП возвращается в исходное положение, отключая электромагнит 5ЭМ и золотник гидроцилиндра под действием пружины изменит свое положение.

После закрепления заготовки замыкаются контакты реле 10РП и производится подвод шлифовальной бабки в зону обработки. При входе бабки в зону обработки включается конечный выключатель КВ8, замыкая цепь управления поперечной подачей. Поперечная подача круга начинается и продолжается до тех пор, пока не сработают магнитные пускатели 8РП, 7РП, 6РП. При этом горит лампочка, символизирующая о процессе “чистового шлифования”. Контакты реле Р1 и Р2 замыкаются по командам от прибора активного контроля.

При достижении необходимого действительного размера замыкаются контакты калибров, из-за чего срабатывает магнитный пускатель 6РП, который включает электромагнит 10ЭМ “отключения подачи ” и начнется процесс “выхаживания”. Этот процесс будет длиться несколько секунд и после срабатывания реле 3РВ сработает электромагнит 11ЭМ, управляющий гидроцилиндром отвода бабки, и последняя выйдет из зоны обработки. После срабатывания реле 3РВ разомкнутся контакты магнитного пускателя 5К и остановится шпиндель изделия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В курсовой работе разработан технологический процесс механической обработки вала 662.59.05.01.00.033. На этапе технологической подготовки производства была проведена оценка технологичности конструкции детали, а именно: выбор метода получения заготовки, отработка конструкции вала на технологичность. Поскольку заданная программа выпуска вала в количестве 100000 штук соответствует массовому производству, то применение автоматической линии экономически выгодно. Для изготовления вала на автоматической линии было подобрано соответствующее оборудование, встраиваемое в автоматическую линию и оснащаемое загрузочными устройствами. Кроме того, был подобран режущий инструмент и быстродействующая технологическая оснастка, используемые для обработки заготовок на автоматической линии. Произведен расчет режимов резания на каждую позицию механической обработки. Рассчитанные нормы времени на позициях обработки равны или кратны такту, что соответствует однопредметной поточной линии. Перемещение заготовок с одной станции на другую на такой линии происходит непрерывно, без пролеживания. В результате проектирования автоматической линии для изготовления вала повышается производительность труда, сокращаются производственные площади, уменьшается объем незавершенного производства и обеспечивается строгий производственный ритм в работе.

Спроектировано устройство активного контроля для торцекруглошлифовального автомата. Произведен расчет настроечного размера, конструктивных параметров и погрешности измерения устройства активного контроля. Разработана электрическая схема управления торцекруглошлифовальной станцией.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Худобин Л. В., Гурьянихин В. Ф., Берзин В. Р. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: Учебное пособие для машиностроит. спец. вузов. – М. : Машиностроение, 1989. – 288 с.
   
2. 
   Веткасов Н. И. Курсовое проектирование по автоматизации производственных процессов в машиностроении: Учебное пособие / Под ред. Л. В. Худобина. – Ульяновск: УлГТУ, 1998. – 144 с.
   
3. 
   Волчкевич Л. И., Кузнецов М. М., Усов Б. А. Автоматы и автоматические линии: Учебное пособие для вузов. В 2-х ч. / Под ред. Г. А. Щаумяна. – М.: Высшая школа, 1976.
   
4. 
   Маталин А. А. Технология машиностроения: Учебник для машиностроительных вузов по специальности “Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты”. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985. – 496 с.
   
5. 
   Отработка конструкций изделий на технологичность в курсовых и дипломных проектах: Учебное пособие для студентов специальности “Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты” / Е. А. Карев, Г. Р. Муслина, Ж. К. Джавахия; Под ред. Л. В. Худобина. – Ульяновск: УлПИ, 1989. – 80 с.
   
6. 
   Составление чертежа штампованной поковки. Методические указания./ Сост. Ю. Н. Берлет. – Ульяновск: УлГТУ, 1993. – 60 c.
   
7. 
   Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Машиностроение, 1985.
   
8. 
   Худобин Л. В., Гурьянихин В. Ф., Берзин В. Р. Тематика и организация курсового и дипломного проектирования по технологии машиностроения. Общие правила оформления проектов: Учебное пособие. – Ульяновск: УлГТУ, 1995. – 84 с.
   
9. 
   Активный контроль в машиностроении: Справочник / Под ред. Е. И. Педя. – 2-е изд., перераб. и доп. – М: Машиностроение, 1978. – 352 с.
   
10. 
    Кузнецов М.М. и др. Автоматизация производственных процессов: Учебник для втузов / Под ред. Г. А. Шаумяна. – М.: Высшая школа, 1978. – 431c.
    
11. 
    Дащенко А. И., Белоусов А. П. Проектирование автоматических линий: Учебное пособие для машиностроительных спец. вузов. – М.: Высшая школа, 1983. – 328 с.
    
12. 
    Роботизированные технологические комплексы и гибкие производственные системы в машиностроении: Альбом схем и чертежей: Учебное пособие для ВТУЗов / Ю. М. Соломенцев, К. П. Жуков, Ю. А. Павлов и др.; Под общ. ред. Ю. М. Соломенцева. – М.: Машиностроение, 1989 – 192 с.
    
13. 
    Промышленные роботы в машиностроении: Альбом схем и чертежей: Учебное пособие для ВТУЗов / Ю. М. Соломенцев, К. П. Жуков, Ю. А. Павлов и др.; Под общ. ред. Ю. М. Соломенцева. – М.: Машиностроение, 1989 – 192 с.
    
14. 
    Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования на металлорежущих станках: Справочник. В 2-х ч. – М.: Машиностроение, 1974.
    
15. 
    Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1979. – 71
    

Приложение 3

№	Целевая функция	Шкала времени, с
		1	2	3	4	5	6	7		8	9	10	11		12	13	14	15		16	17	18	19	20	21	22	23	24		25	26	27	28		29		30	31	32	33	34	35	36	37	38	39	40	41	42	43
1	Отвод контрольного устройства (КУ) от обработанной детали
2	Движение рабочего органа (РО) №1 вниз
3	Зажим схватом №1 детали
4	Раскрепление детали
5	Движение РО №1 вверх с деталью
6	Движение РО №2 вниз с заготовкой
7	Закрепление заготовки
8	Разжим схвата №2
9	Движение РО №2 вверх
10	Подвод КУ к заготовке
11	Обработка заготовки
12	Движение манипулятора к конвейеру
13	Движение РО №2 вниз к заготовке
14	Зажим схватом №2 заготовки
15	Движение РО №2 вверх с заготовкой
16	Движение РО №1 вниз с деталью
17	Разжим схвата №1
18	Движение РО №1 вверх
tоп=38 с 19	Движение манипулятора к станку