Автоматизация технологического процесса изготовления детали «ВАЛ»

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Механико-машиностроительный факультет

 

 

 

Кафедра ТМ

 

 

 

 

Автоматизация технологического процесса изготовления детали «ВАЛ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2012

 

Содержание

 

 

 

Введение

Выбор автоматизированной операции

1. Анализ данных

2. Расчет уровня автоматизации операции

3. Разработка технологической операции обработки заготовки

4. Выбор загрузочного  устройства

5. Конструктивные расчеты  загрузочного устройства

6. Построение циклограммы

Выводы по результатам  работы

Список литературы 

Введение

 

Автоматизация загрузки и разгрузки оборудования в общем комплексе задач по автоматизации технологических процессов является одной из наиболее сложных, что вызвано разнообразием процессов, а также форм и размеров заготовок (деталей). Иногда конструкция заготовок такова, что автоматизировать загрузку невозможно.

Автоматическим загрузочно-разгрузочным устройством называется комплекс механизмов, обеспечивающих автоматическое перемещение заготовки с места хранения в рабочую зону станка, ее фиксацию в зажимном приспособлении и удаление обработанной детали после обработки в заданное место хранения.

Конструкция и принцип работы загрузочно-разгрузочных устройств определяются видом заготовки, видом обработки и типом станка. Место расположения загрузочно-разгрузочного устройства определяется рабочим пространством станка и требованиями к удобству его обслуживания. Основные требования, предъявляемые к загрузочно-разгрузочным устройствам для подачи штучных заготовок - это простота конструкции и дешевизна изготовления, надежность работы механизма, высокая вероятность выдачи заготовки из устройства без повреждений поверхности подаваемых заготовок, легкий доступ к механизму, удобство эксплуатации, быстродействие и совмещение холостых ходов механизма с рабочим циклом.

Классификацию заготовок  производят с учетом целого ряда факторов: формы, га6аритных размеров, массы,  припусков и допусков, качества поверхностного слоя. Классификация позволяет установить, какую именно систему питания целесообразно применить для данного типа заготовок, так, чтобы возможно было обеспечить требуемую производительность при минимальной затрате труда на процесс загрузки заготовок.

В данной части работы представлена разработка системы питания станка штучными заготовками. Заготовка представляет собой вал длиной 285 мм, диаметр наибольшей ступени составляет 40 мм. Таким образом, основным определяющим фактором при выборе загрузочно-разгрузочного устройства для подобной детали будет являться ее длина и диаметр (деталь относится к валам средних размеров).

 

Выбор автоматизированной операции

 

1. Анализ исходных данных

 

Исходными данными для  выбора схемы автоматизации, проектирования автоматического устройства и выполнения необходимых расчетов являются: чертеж детали типа «вал», эскиз детали вал.

 

Рис. 1. Эскиз детали типа «вал»

Масса детали:

m = V  ∙ ρ,

V = V₁ + V₂ + V₃ + V₄ + V₅ + V₆ + V₇ + V₈ + V₉

V_1-9 =

V₁ = мм³

V₂ = мм³

V₃ = мм³

V₄ = мм³

V₅ = мм³

V₆ = мм³

 

V₇ = мм³

V₈ = мм³

V₉ = мм³

V = 3818 + 18643 + 8478 + 33656 + 25120 + 51574 + 7536 + 36378 + 9420 = 194623 мм³ = 0,195 ∙ 10^-3

m = 0,195 ∙ 10^-3 мм³ ∙ 7,85 ∙ 10³ = 1,53 [кг]

 

 

Материал детали: сталь 40Х ГОСТ 4543-71.

 

2. Расчет уровня автоматизации операции

 

Номер операции	Наименование  операции	Содержание операции	Станок, оборудование
1	2	3	4
005	Заготовительная	Получение заготовки
010	Фрезерно-центровальная	Фрезеровать и центровать торцы	Фрезерно-центровальный
015	Токарная	Черновое точение поверхностей 2,3	Токарный станок с ЧПУ  револьверной головкой, трехкулачковый патроном
020	Токарная	Черновое точение поверхностей 5,6,7,8	Токарный станок с ЧПУ  револьверной головкой, трехкулачковый патроном
025	Фрезерная	Фрезеровать пазы 13,14,15	Фрезерный с ЧПУ, тиски
030	Токарная	Чистовое точение поверхностей 2,3	Токарный станок с ЧПУ  револьверной головкой, трехкулачковый патроном
035	Токарная	Чистовое точение поверхностей 5,6,7,8	Токарный станок с ЧПУ  револьверной головкой, трехкулачковый патроном

 

 

Операцию, которую следует автоматизировать, выбираем исходя из критерия уровня автоматизации, равного отношению основного времени обработки поверхности к штучному времени [1, с.35]:

 

α_T =

(4.1)

где Т₀ – основное время обработки, Т_шт – штучное время.

 

Т_шт = Т₀ + Т_в + Т_{тех.обс} + Т_{орг.обс} + Т_отд ,

 

где Т_в - вспомогательное время, состоящее из времени на установку и снятие детали, времени, связанного с переходом, времени на измерения, смену инструмента и изменение режимов резания; Т_{орг.обс} - время на получение инструмента и приспособлений; Т_{тех.обс} - время обслуживание рабочего места; Т_отд - время перерывов на отдых и естественные надобности. Исходя из раздела 3, составим сводную таблицу 1.1 времени для токарных операций и рассчитаем коэффициент.

Рассчитаем основное время по всем переходам для операции 010:

 

где i - число рабочих ходов;

L - расчетная длина обработки в направлении подачи с учетом врезания;

s₀ - подача;

n - частота вращения

Операция 025: Чистовое точение поверхностей 2,3

1 .Глубина резания: t = 0,2 мм

2.Подача: S = 0,2 мм/об

3. Скорость резания:

 м/мин

Т = 30 мин

С_v = 420

x = 0,15

y = 0,2

m = 0,2

Определим частоту вращения:

 об/мин

Основное время:

 

 

 

 

Т₀ = 6 + 3,6 = 9,6 сек = 0,16 мин

Вспомогательное время:

,

 (4.2)

  где t_УСТ - время, связанное с установкой, креплением, выверкой, раскреплением и снятием детали, с;

  t_ПЕРЕХ – время для выполнения перехода, с;

  t_КОНТР – время на контроль, с.

 

Время, связанное с установкой и снятием детали определяем для установки в тиски с самоцентрирующимися губками призматической формы, привод пневматический до 20 кг:

t_УСТ = 0,256 мин = 15с

Время для выполнения перехода:

t_ПЕРЕХ = 2∙0,01= 0,02 мин = 1,2 с

Время на контроль определяем для штангенциркуля с установкой на размер в процессе измерения, точность измерения до 0,02 мм, размер до 50 мм:

t_КОНТР = 0,226 мин = 13,56 с

По формуле получаем вспомогательное время:

Т_В = 15 + 1,2 + 13,6 = 30 с

По формуле определяем оперативное время:

Т_оп = Т_о + Т_В = 9,6 + 30 = 39,6 с

По формуле определяем время на техническое обслуживание:

Т_{тех.обс} = 4% ∙ Т_оп = 4% ∙ 39,6 = 1,58 с

По формуле определяем время на организационное обслуживание:

Т_{орг.обс} = 4% ∙ Т_оп = 4% ∙ 39,6 = 1,58 с

По формуле определяем время на отдых и личные надобности:

Т_отд = 2% ∙ Т_оп = 2% ∙ 39,6 = 0,79 с

По формуле находим штучное время:

Т_шт = Т_оп + Т_{орг.обс} + Т_{тех.обс} + Т_отд = 39,6 + 1,58 + 1,58 + 0,79 = 43,55 с = 0,725 мин

 

 

Таблица 1

Операция	Наименование операции	Т0, мин	Тшт, мин	αТ
010	Фрезерно-центровальная	0,2	0,83	0,31
015	Токарная черновая	0,465	1,06	0,438
020	Токарная черновая	0,535	1,13	0,473
025	Токарная чистовая	0,16	0,725	0,22
030	Токарная чистовая	0,208	0,778	0,26
035	Фрезерная	0,45	1,04	0,432

 

 

Необходимо автоматизировать операцию 025, так как

 

α_Т =

 

Производительность по основному времени:

 

(4.3)

 

Штучная производительность:

 

(4.4)

 

Анализируя показатель автоматизации α_Т = 0,22, можно сказать, что операция 010 относится к средней категории автоматизации. Можно произвести повышение штучной производительности и приближение ее к производительности по основному времени. Осуществление автоматизации данной операции, является целесообразным. В рамках данной работы производится подбор механизмов и устройств, для обеспечения накопления заготовок, ориентирования, поштучной выдачи, транспортирования в зону обработки и удаления.

 

  3. Разработка технологической операции обработки заготовки.

    Расчет времени перемещения заготовки.

  Время ра6очего хода:

  Время, затрачиваемое на холостые ходы:      

   м/мин.

Операция 025 – чистовое точение:

1. Время холостого хода №1 при продольной подаче:

t_xx1 = 0,04 / 6 = 0,0066 мин = 0,4 с

2. Время рабочего хода:

t_px1 = l / n ∙ S = 52 / 2500 ∙ 0,2 = 0,104 мин = 6 с

3. Время холостого хода №2 при продольной подаче:

t_xx2 = 0,092 / 6 = 0,015 мин = 0,9 с

4. Время холостого хода при поперечной подаче:

t_поп = 0,005 / 6 = 0,0008 мин = 0,048 с

5. Время холостого хода №3 при продольной подаче:

t_xx3 = 0,01 / 6 = 0,0016 мин = 0,096 с

6. Время рабочего хода:

t_px2 = l / n ∙ S = 30 / 2500 ∙ 0,2 = 0,06 мин = 3,6 с

7. Время холостого хода №4 при продольной подаче:

t_xx4 = 0,04 / 6 = 0,0066 мин = 0,4 с

8. Время цикла:

T_ц = t_xx1 + t_px1 + t_xx2 + t_поп + t_xx3 + t_px2 + t_xx4 = 0,4 + 6 +

0,9 + 0,048 + 0,096 + 3,6 + 0,4 = 11,444 с  = 0,19 мин

Тогда цикловая производительность :

Q_ц = 1 / T_ц = 1 / 0,19 = 5 шт/мин

 

4. Выбор загрузочного устройства

Выбор типа загрузочного устройства произведем исходя из рекомендации [3, с.9]: при Т₀ менее 30 секунд следует выбрать бункерное загрузочное устройство. Однако конструкция и габаритные размеры заготовки не позволяют сделать подобный выбор, поскольку велика вероятность заклинивания заготовок в бункере. Поэтому следует выбрать магазинное загрузочное устройство (магазин).

Магазинные загрузочные  устройства более просты по конструкции, имеют меньшую стоимость.

Выбираем магазинное загрузочное устройство.

Магазинным загрузочным  устройством называют комплекс функциональных механизмов, осуществляющих автоматическую подачу штучных заготовок из накопителя в позицию обработки, при этом ориентирование и загрузка заготовок в магазин производится вручную.

Существует много различных видов загрузочных устройств. Рассмотрим и проанализируем некоторые примеры магазинных загрузочных устройств.

 

3агрузочно-разгрузочное устройство № 1.

В некоторых случаях для удаления обработанных деталей загрузочные устройства имеют механизм выгрузки (рис. 4.4.). На кронштейне механизма размещен гидроцилиндр 2 с призмой 1. Перемещение гидроцилиндра 2 с призмой относительно неподвижного поршня со штоком 3 обеспечивается нагнетанием масла в полость цилиндра. После того как на выдвинутую к линии центров станка призму 1 падает обработанная деталь, происходит отвод цилиндра 2, а значит и призмы с обработанной деталью в исходное положение. Механизм проталкивания перемещает обработанную деталь, а с помощью механизма сброса деталь транспортируется в тару.

Преимущества:

• Малые габаритные размеры;
• Простота обслуживания;
• Возможность установки на рабочем месте.