Проектирование технологического процесса механической обработки

7.1 Улучшение базового техпроцесса

Для обоснования экономической эффективности внедрения фрезерно-центровального станка рассчитаем себестоимости обработки: двух токарно-винторезных операций при базовом варианте техпроцесса и фрезерно-центровальной, согласно с методикой, изложенной в [23].

Приведенные затраты определяются по формуле для каждого из варианта:

З=С+Е_нК

где С - себестоимость обработки;

К - капитальные вложения;

Е_Н – нормативные коэффициент эффективности капитальных вложений, Е_Н=0, 15.

Капитальные вложения потребителя определяются по формуле:

К=К_б+К_зд+К_сл+К_ж+К_нез+К_пу,

где К_б – балансовая стоимость станка;

К_зд – стоимость помещения, занимаемого станком;

К_сл – стоимость служебно-бытовых помещений;

К_ж – стоимость жилищного строительства;

К_нез – оборотные средства в незавершенном производстве;

К_пу – затраты на создание управляющих программ.

К_б=Ц× a× b,

где Ц – оптовая стоимость станка, руб;

a - коэффициент доставки и установки, a=1, 1;

b - доля занятости станков обработкой детали, (для детали “Шток” № 01.1.116.00.001b₁=0, 080; b₂=0, 045) (для детали “Грундбукса” № 01.1.116.00.001 b₃=0, 040; b₄=0, 030; b₅=0, 045; b₆=0, 085)

Значения показателей с индексом 1, 3, 4, 5 для базового варианта, с индексом 2, 6 для предлагаемого, причем производится учет того, что количество токарных станков равное одному заменяется на один фрезерно-центровальный для детали шток, и три токарных станка с ЧПУ 1740РФ3 на один двухшпиндельный токарный с ЧПУ BK202S.

К_зд=Ц_{пл зд}(А+А_у)gb,

где Ц_{пл зд} – стоимость 1 м² механического цеха, руб;

А+А_у - площадь, занимаемая станком по габаритам и выносными вспомогательными устройствами;

g - коэффициент дополнительной площади.

К_сл=Ц_{пл б}А_бР,

где Ц_{пл б} – стоимость 1 м² служебно-бытовых помещений;

А_б – площадь служебно-бытовых помещений на одного рабочего;

Р – количество станочников, наладчиков, контролеров и дополнительных рабочих.

К_ж=Ц_жР,

где Ц_ж – затраты на одного работающего.

К_нез=3n(S_заг+С/N_г× 0, 5)b,

где 3 – число партий деталей, приходящихся в среднем на одно рабочее место;

n – размер наладочной партии;

S_заг – стоимость заготовки, руб;

С – себестоимость механической обработки, руб;

0, 5 – коэффициент нарастания затрат.

Значение ценовых параметров выбирается по [3] по ценам 1985-го года.

Себестоимость механической обработки годового выпуска деталей определяется по формуле:

С=И_з+И_н+И_ин+И_пу+И_а+И_пл+И_сл+И_р+И_у,

где И_з – зарплата станочника; И_н – зарплата на наладку станка; И_ин – зарплата настройщика инструмента вне станка; И_пу – затраты на подготовку и возобновление ПУ; И_а – амортизационные отчисления на полное восстановление оборудования; И_пл – затраты на содержание помещения, занимаемого станком; И_сл – затраты на амортизацию и содержание служебно-бытовых помещений; И_р – затраты на ремонт; И_у – затраты на техобслуживание и ремонт устройств ЧПУ.

И_з=Н_сч­Т_шт/d,

где Н_сч – среднечасовая заработная плата станочников, руб.

И_пу=1, 1К_пу/z,

где 1, 1 – коэффициент возобновления перфоленты;

z – продолжительность выпуска детали данного наименования.

И_а=К_бА,

где А – норма амортизационных отчислений на полное восстановление станка.

И_пл=Н_пл(А+А_у)gb,

где Н_пл – стоимость амортизации и содержания 1 м² площади механического цеха.

И_сл=Н_плА_бР.

И_р=(Н_мR_м+Н_эR_э)mb,

где Н_м, Н_э – затраты на единицу ремонтной сложности механической и электрической частей, руб;

m - коэффициент класса точности станка.

И_у=Qb,

где Q – годовые затраты при эксплуатации станка с ЧПУ.

Расчет экономической эффективности внедрения фрезерно-центровального станка в таблицу 7.1.1. детали “Шток” № 01.1.116.00.001:

Таблица 7.1.1 - Расчет экономической эффективности внедрения фрезерно-центровального станка при изготовлении детали “Шток” № 01.1.116.00.001

Продолжение таблицы 7.1.1

Тогда приведенные затраты на одну деталь:

З₁=(48962+0, 15× 30966)/1000=53, 6 тыс. руб;

З₂=(43344, 1+0, 15× 32605)/ 1000=48, 23 тыс. руб,

Определим годовую экономию от принятия нового технологического процесса изготовления по формуле:

Э_г = (С_об - С_оп) N_г;

где С_оп и С_об—технологические себестоимости операций по сравниваемым вариантам;

Nг—годовая программа выпуска;

Э_г = (53, 6-48, 23)*1000= 53700 тыс. руб.

Расчет экономической эффективности внедрения двухшпиндельного токарного станка с ЧПУ BK202S в таблицу 7.1.2 детали “Грундбукса” № 01.1.116.00.002-10:

Таблица 7.1.2 - Расчет экономической эффективности внедрения двухшпиндельного токарного станка с ЧПУ BK202S при изготовлении детали “ Грундбукса ” № 01.1.116.00.002-10.

Тогда приведенные затраты на одну деталь:

З₁=(47882, 17+0, 15× 657906)/1000=146, 6 тыс. руб;

З₂=(41722, 27+0, 15× 638511)/ 1000=137, 5 тыс. руб,

Определим годовую экономию от принятия нового технологического процесса изготовления по формуле:

Э_г = (С_об - С_оп) N_г;

где С_оп и С_об—технологические себестоимости операций по сравниваемым вариантам;

Nг—годовая программа выпуска;

Э_г = (146, 6 -137, 5)*1000= 9100 тыс. руб.

7.2 Назначение и расчет припусков и предельных размеров

В настоящее время существует два метода определения припусков: опытно-статистический и расчётно-аналитический.

В первом случае величина припуска устанавливается по данным таблиц на всю обработку без распределения припусков по операциям. Для этого используются соответствующие ГОСТы в которых приведены номинальные значения припусков, которые в свою очередь являются несколько завышенными. Они не отражают полной реальной ситуации в каждом конкретном случае обработки.

В крупносерийном и массовом производствах применяют, как правило, расчётно-аналитический метод определения припусков. В качестве примера рассмотрим назначения припусков на охватываемую и охватывающую поверхности.

7.2.1 Расчет припусков на наружную цилиндрическую поверхность ∅ мм

Расчет ведем посредством заполнения таблицы 7.2.1.

Рисунок 7.2.1. - Схема базирования и закрепления детали Шток № 01.1.116.00.001

Минимальное значение межоперационного припуска:

где R_zi-1 – шероховатость на предшествующей операции; T – толщина дефектного поверхностного слоя; ρ _i-1 – суммарное отклонение расположения поверхности; ε _i-1 – погрешность установки заготовки на выполняемой операции.

Величины Rz, T определяем по таблицам [12].

Суммарное отклонение расположения поверхности при обработке заготовки определяем по формуле:

где - общая кривизна заготовки из проката, мкм, определяется по формуле:

где - удельная кривизна заготовки из проката на 1 мм длинны, =0, 1 мкм; – длинна заготовки, мм, = 372 мм.

- погрешность, возникающая при установке в призмах с односторонним прижимом, мкм, определяется по формуле:

= =692 мкм.

где - допуск базового диаметра, мм, =1, 2 мм;

Величина остаточного отклонения составит:

после чернового точения

;

после получистового точения

;

после шлифования, после токарной обработки

;

Погрешность установки заготовки, мкм, при черновом точении:

,

где - погрешность базирования, =0 мкм при обработке в центрах, погрешность закрепления, =0 мкм; - погрешность положения заготовки в приспособлении, =40 мкм.

Минимальное значение межоперационного припуска:

при черновом точении

;

при получистовом точении

;

при получистовом шлифовании

при чистовом шлифовании

Расчетные минимальные размеры по операциям технологического процесса:

Чистовое шлифование – 62, 896 мм;

получистовое шлифование – 62, 896+0, 145= 63, 041 мм;

получистовое точение – 63, 021+0, 298=63, 319 мм;

черновое точение – 63, 319 +0, 516= 63, 835 мм.

заготовка - 63, 835+2, 188=66, 023 мм.

Определяем максимальные размеры по операциям обработки:

;

;

;

;

Определяем предельные значения припусков по операциям обработки:

чистовое шлифование

;

;

получистовое шлифование

;

;

получистовое точение

;

;

черновое точение

;

;

Предельные значения общих припусков:

;

;

Проверка правильности выполненных расчетов:

Таблица 7.2.1 - Сводная таблица расчёта припусков для размера ∅ мм

Технологические переходы обработки поверхности	Элементы припуска, мкм	Расчётный припуск 2Zmin	Рас­чёт­ный размер dр, мм	Допуск Тd, мкм	Предельный размер, мм	Предельные значения при­пусков, мкм
Rz	Т	r	eу	dmax	dmin
Заготовка				¾	¾	66, 043	1, 2	66, 043	67, 243
Точение черновое			41, 52			63, 855	0, 74	63, 855	64, 595	2, 188	2, 648
Точение получистовое			27, 68			63, 339	0, 6	63, 339	63, 939	0, 516	0, 656
Шлифование получистовое			13, 84			63, 041	0, 12	63, 041	63, 161	0, 298	0, 778
Шлифование чистовое			-	-		62, 896	0, 074	62, 896	62, 97	0, 145	0, 191

Рисунок 7.2.2 - Схема расположения припусков на размер ∅
7. 2.2 Расчёт припусков для внутренней цилиндрической поверхности Ø .

Расчет ведем посредством заполнения таблицы 7.2.2.

Рисунок 7.2.3 - Схема базирования и закрепления детали Грундбукса № 01.1.116.00.002-10

Минимальное значение межоперационного припуска:

где R_zi-1 – шероховатость на предшествующей операции; T – толщина дефектного поверхностного слоя; ρ _i-1 – суммарное отклонение расположения поверхности; ε _i-1 – погрешность установки заготовки на выполняемой операции.

Величины Rz, T определяем по таблицам [12].

Суммарное отклонение расположения поверхности при обработке заготовки определяем по формуле:

где - общая кривизна заготовки из проката, мкм, определяется по формуле:

где - удельная кривизна заготовки из проката на 1 мм длинны, =0, 1 мкм; – длинна заготовки, мм, = 63 мм.

- погрешность, несовпадения наружного и внутреннего диаметров трубы, мкм, ограничивается сортаментом =300 мкм:

Величина остаточного отклонения составит:

после чернового растачивания

;

после получистового растачивания

;

после чистового растачивания

Погрешность установки заготовки при черновом растачивании:

,

где погрешность закрепления, =500 мкм; - погрешность положения заготовки в приспособлении, =0 мкм.

=500 мкм,

Минимальное значение межоперационного припуска:

при черновом растачивании

;

при получистовом растачивании

;

при чистовом растачивании

.

Расчетные максимальные размеры по операциям технологического процесса:

Чистовое растачивание – 63, 82 мм;

получистовое растачивание – 63, 82 - 0, 322= 63, 5 мм;

черновое растачивание –63, 5 – 0, 643=62, 85 мм;

заготовка – 62, 85 - 1= 61, 85 мм.

Определяем минимальные размеры по операциям обработки:

;

;

;

;

Определяем предельные значения припусков по операциям обработки:

чистовое растачивание

;

;

получистовое растачивание

;

;

черновое растачивание

;

;

Предельные значения общих припусков:

;

;

Проверка правильности выполненных расчетов:

Таблица 7.2.2 - Сводная таблица расчёта припусков для размера ∅ мм

Технологические переходы обработки поверхности	Элементы припуска, мкм	Расчётный припуск 2Zmin	Рас­чёт­ный размер Dр, мм	Допуск ТD, мкм	Предельный размер, мм	Предельные значения при­пусков, мкм
Rz	Т	r	eу	Dmax	Dmin
Заготовка				¾	¾	61, 85		61, 85	60, 85
Растачивание черновое						62, 85	0, 74	62, 85	62, 11	1, 00	1, 26
Растачивание получистовое						63, 50	0, 3	63, 50	63, 20	0, 64	1, 08
Растачивание чистовое						63, 82	0, 12	63, 82	63, 70	0, 32	0, 50

Рисунок 7.2.4 - Схема расположения припусков на размер ∅

7.3 Расчёт припусков для остальных поверхностей поверхности

На остальные поверхности припуски назначаем по ГОСТ 7505-89 и заносим в таблицы 7.3.1 и 7.3.2

Таблица 7.3.1 – Припуски и допуски на обрабатываемые поверхности детали Шток № 01.1.116.00.001

Размер	Припуск, мм		Допуск, мм
Ø 55	2× 3		0, 74
Ø 70	-		0, 74
R 35	2× 3		0, 74
Ø 45	2× 2, 5		0, 62
8	2× 1, 5		0, 3
Ø 46, 3	2× 2, 5		0, 62
Ø 56	2× 3		0, 74

Таблица 7.3.2 – Припуски и допуски на обрабатываемые поверхности детали Грундбукса № 01.1.116.00.002-10

Размер	Припуск, мм		Допуск, мм
∅ 105	2× 3		0, 87
∅ 96, 8	2× 3		0, 87
∅ 96, 8	2× 3		0, 87
∅ 68	2× 3		0, 74
∅ 75	2× 3		0, 74
∅ 78	2× 3		0, 74

Продолжение таблицы 7.3.2

Размер	Припуск, мм		Допуск, мм
58±0, 15	2× 3		0, 64
27	2× 2, 5		0, 52

7.4 Расчет режимов резания

7.4.1 Расчет режима резания на сверление отверстия ∅ 46 в детали шток № 01.1.116.00.001

Расчет производим по [29].

Длина рабочего хода шпинделя Lр.х., мм, определяется по формуле:

Lр.х.=l+l₁, мм

где l₁ – величина подвода, врезания и перебега инструмента, l₁=5 мм;

l – длина резания, l=50 мм.

Lр.х =5+50=55 мм

1. Глубина резания:

t = 0, 5× D = 0, 5 *46 = 23 мм.

2. Определяем подачу в зависимости от диаметра сверла и твёрдости материала:

S₀ = 0, 06 – 0, 12 мм/об.

Принимаем подачу S_от = 0, 12 мм/об.

3. Скорость резания:

C_v=9, 8; q=0, 4; y=0, 5; m=0, 2, а стойкость инструмента T=120 мин.

Общий поправочный коэффициент на скорость резания

K_mv=0, 94, K_иv=1, K_lv=1

4. Частота вращения шпинделя:

мин^-1

5. Крутящий момент:

где С_м = 0, 034: q = 2; y = 0, 8; - коэффициент, учитывающий фактические условия обработки, =1, 03

6. Осевая сила:

где Cp=68; y=1, 0; q=0, 7,

7. Мощность резания:

кВт

8. Минутная подача:

9. Машинное время:

Остальные режимы резания сводим в таблицу 7.4.1

Таблица 7.4.1 - Сводная таблица режимов резания по операциям обработки детали шток № 01.1.116.00.001

Продолжение таблицы 7.4.1

Наименование операции, переход, позиция	t, мм	Lрез/ Lр.х., мм	λ	Tm/Тр, мин	Sр (Sz), мм/об	np мм/об	vp, м/мин	Sм, мм/ мин	То, мин	Pе/Рр, кВт
015 Токарная с ЧПУ
Точить ∅ 64-0, 2	3, 0	263/270	0, 97	90/90	0, 25			186, 5	1, 45	4, 9/9, 8
Точить ∅ 57-0, 2	2, 0	65/70	0, 93	90/90	0, 25			208, 25	0, 34	3, 4/9, 8
Точить конус 5, 5× 300	3, 0	5, 5/7, 5	0, 73	90/90	0, 25			186, 5	0, 04	4, 9/9, 8
Точить фаску 3× 150		3/5	0, 6	90/90	0, 25				0, 02	4, 9/9, 8
Точить фаску 3× 150		3/5	0, 6	90/90	0, 25			203, 75	0, 02	4, 9/9, 8
020 Токарная с ЧПУ
Точить R35		108/128	0, 84	90/90	0, 25			186, 5	0, 69	4, 9/9, 8
025 Вертикально-фрезерная
Фрезеровать лыску	6, 5	50/58	0, 86	90/90	0, 14				0, 18	8, 9/10
Фрезеровать лыску с противоположной стороны	6, 5	50/58	0, 86	90/90	0, 14				0, 18	8, 9/10
030 Радиально-сверлильная
Сверлить отв.∅ 46		50/55	0, 91	120/120	0, 12			31, 2	1, 6	3, 67/4, 5
035 Токарная с ЧПУ
Точить ∅ 55		26/29	0, 89	90/90	0, 14			177, 1	0, 16	1, 4/9, 8
Точить ∅ 56	0, 5	39/43	0, 9	90/90	0, 14			185, 22	0, 23	0, 8/9, 8
Точить ∅ 63, 3-0, 2	0, 25	198/201	0, 98	90/90	0, 14			179, 34	1, 12	0, 5/9, 8
Точить канавку 7, 5+0, 22	7, 5	4, 85/7	0, 69	60/60	0, 09			43, 02	0, 16	2, 4/9, 8
Точить канавку 8+0, 09		5, 5/7	0, 78	60/60	0, 09			43, 02	0, 16	2, 4/9, 8

Продолжение таблицы 7.4.1

Наименование операции, переход, позиция	t, мм	Lрез/ Lр.х., мм	λ	Tm/Тр, мин	Sр (Sz), мм/об	np мм/об	vp, м/мин	Sм, мм/ мин	То, мин	Pе/Рр, кВт
040 Круглошлифовальная
Шлифовать ∅ 64	0, 3	195/198	0, 98	20/20	0, 015		20, 2	42 дв. Ход /мин.	0, 5	1, 2/7, 5
045 Круглошлифовальная
Полировать ∅ 64	0, 006	195/198	0, 98	20/20	0, 002		37, 7	42 дв. Ход /мин.	0, 3	0, 1/7, 5
055 Круглошлифовальная
Полировать ∅ 64	0, 006	195/198	0, 98	20/20	0, 002		37, 7	42 дв. Ход /мин.	0, 3	0, 1/7, 5