Выявление технологических резервов на участке механической
обработки детали "вал ведущий" с программой выпуска 750 шт. с
подбором необходимого нового оборудования
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1. Назначение и техническая характеристика детали «Ведущий вал» .................
1.2. Анализ технологичности конструкции детали .................................................
1.3. Выбор и характеристика материала детали ....................................................
1.4. Определение типа производства .....................................................................
2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ «ВЕДУЩИЙ ВАЛ»
2.1. Выбор исходной заготовки и метода ее получения .......................................
2.2. Определение технологических баз ................................................................
2.3. Разработка технологического маршрута обработки детали .........................
2.4. Выбор и описание технологического обеспечения .......................................
2.4.1. Выбор технологического оборудования по операциям ............................
2.4.2. Выбор режущего инструмента по операциям ...........................................
2.5. Разработка технологических операций ..........................................................
2.5.1. Расчет припусков на обработку .................................................................
2.5.2. Расчет режимов резания ............................................................................
2.5.3. Расчет технических норм времени ............................................................
2.6. Определение усилий зажима детали .............................................................
2.7. Выбор и расчет средств технического контроля ..........................................
2.8. Разработка управляющей программы для станка с ЧПУ ............................
3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ....................................................................
3.1. Описание внедряемых технологических изменений ....................................
3.2. Исходные данные для экономического обоснования ..................................
3.3. Технико-экономические расчеты при проектировании процесса
обработки ....
3.3.1. Расчет необходимого количества оборудования ......................................
3.3.2. Расчет технологической себестоимости обработки детали .....................
3.3.3. Определение экономических показателей внедряемых мероприятий .....
3.4. Оценка капитальных вложений и срока окупаемости ..................................
4. ОРГАНИЗАЦИОННАЯ ЧАСТЬ
4.1. Организация рабочего места оператора станков с ЧПУ ..............................
4.2. Влияние автоматизации на производительность ........................................
4.3. Разработка графика технического обслуживания оборудования ................
4.4. Оценка безопасности труда и экологичности производства ......................
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................................
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А – Лист задания на проектирование .............................................
Приложение Б – Перечень листов графических документов ............................
Приложение В – Комплект технологической документации ............................
Приложение Г – Методическая разработка .......................................................
ВВЕДЕНИЕ
Современное
требованиями
машиностроение
к
качеству,
характеризуется
точности
и
высокими
производительности
изготовления деталей. Одной из важнейших задач отрасли является
снижение
себестоимости
технологических
продукции
процессов
и
за
счет
повышения
оптимизации
эффективности
использования оборудования. В условиях серийного производства,
особенно при выпуске крупногабаритных деталей, значительное
влияние
на
себестоимость
оказывает
правильный
выбор
оборудования, инструментов и технологических приемов обработки.
Ведущий вал – это важный элемент механической передачи,
который принимает крутящий момент от двигателя и передает его на
другие узлы машины или механизма. Валы широко применяются в
автомобильной,
авиационной,
судостроительной,
станкостроительной и других отраслях промышленности. От
качества
обработки
долговечность
всей
ведущего
вала
конструкции,
зависит
поэтому
надежность
особое
и
внимание
уделяется технологии его изготовления.
Целью
данной
работы
является
анализ
технологического
процесса обработки ведущего вала при программе выпуска 750
шт. в год, выявление технологических резервов и подбор нового
оборудования,
способствующего
повышению
производительности и снижению затрат на изготовление детали.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:

Провести анализ существующего технологического процесса
обработки ведущего вала;

Выявить недостатки текущей технологии и определить
технологические
резервы,
позволяющие
повысить
эффективность производства;

Рассмотреть
возможные
варианты
модернизации
оборудования и инструментального оснащения;

Провести
сравнительный
металлорежущего
анализ
оборудования
и
различных
выбрать
типов
наиболее
оптимальный вариант;

Разработать рекомендации по внедрению новых технологий в
процесс обработки детали.
В ходе исследования будут рассмотрены современные методы
механической обработки, включая высокоскоростное фрезерование,
точение,
шлифование,
а
также
применение
современных
инструментов и станков с числовым программным управлением
(ЧПУ). Внедрение современных технологий позволит не только
повысить производительность труда, но и обеспечить стабильное
качество продукции, минимизировать отходы производства и
снизить затраты на изготовление деталей.
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1. Назначение и техническая характеристика детали «Ведущий
вал»
Ведущий вал – это ключевой элемент механических приводов,
служащий для передачи крутящего момента от двигателя к рабочим
узлам механизма. Он широко применяется в машиностроении,
автомобилестроении,
сельскохозяйственной
технике
и
других
отраслях.
Основные требования к ведущему валу:

Высокая прочность и износостойкость;

Минимальные биения и точность посадочных мест;

Надежность соединений с сопряженными деталями;

Термическая обработка для повышения твердости.
Основные параметры детали:

Диаметр, мм – 30-80 (в зависимости от конструкции);

Длина, мм – 250-1000;

Шероховатость поверхностей, Ra – 0,63-2,5 мкм;

Материал – сталь 40Х, 45, 20ХН3А (по ГОСТ).
1.2. Анализ технологичности конструкции детали
Для
оценки
технологичности
конструкции
учитываются следующие параметры:
ведущего
вала

Простота изготовления (отсутствие сложных геометрических
элементов);

Минимальное количество операций и смен инструментов;

Возможность автоматизированной обработки (ЧПУ-станки);

Удобство установки и фиксации на станке.
Анализ показал, что ведущий вал имеет цилиндрическую форму с
канавками и посадочными местами, что делает его удобным для
обработки на токарных и шлифовальных станках. Однако сложность
обработки может возникнуть при термообработке и финишной
шлифовке.
Материал
Прочность (σв,
МПа)
Твердость (HRC)
Особенности
Высокая износостойкость,
Сталь 40Х
900-1100
45-50
после термообработки
используется в
нагруженных механизмах.
Хорошая обрабатываемость,
Сталь 45
700-900
35-40
но требует улучшения
твердости.
Улучшенная прочность и
20ХН3А
1000-1200
50-55
стойкость к усталостным
нагрузкам.
1.3. Характеристика материала детали
Для изготовления ведущего вала используются конструкционные и
легированные стали:
Выбор материала зависит от условий эксплуатации детали. Для
увеличения ресурса работы вала рекомендуется использовать сталь
40Х с термообработкой (закалка и отпуск).
1.4. Определение типа производства
В зависимости от объемов выпуска определяются три типа
производства:

Единичное – небольшие партии, обработка на универсальном
оборудовании;

Серийное – средние партии (100-500 шт.), используются
полуавтоматы и ЧПУ-станки;

Массовое – крупные объемы (более 1000 шт.), применяются
автоматизированные линии.
Так как по условиям задания выпуск составляет 750 шт. в год,
наиболее
целесообразно
выбрать
серийное
производство
с
возможностью дальнейшего расширения. Это позволяет сочетать
универсальные станки и станки с ЧПУ для повышения точности и
уменьшения ручного труда.
2.
РАЗРАБОТКА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА
МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ «ВЕДУЩИЙ ВАЛ»
2.1. Выбор исходной заготовки и метода ее получения
При выборе исходной заготовки учитываются следующие факторы:

Экономичность
изготовления.
–
минимизация
отходов
и
стоимости

Технологичность – удобство фиксации и механической
обработки.

Качество материала – отсутствие внутренних дефектов и
напряжений.
Возможные типы заготовок:
Вид заготовки
Прокат (круглая
заготовка, ГОСТ
Преимущества
Недостатки
Высокие припуски,
Доступность, низкая
необходимость
стоимость
предварительной
2590-2006)
обработки
Высокая прочность,
Высокая стоимость,
отсутствие дефектов
необходимость
литья
механической обработки
Штамповка (ГОСТ
Малые припуски,
Высокая стоимость пресс-
7505-89)
точность формы
форм
Ковка (ГОСТ 847970)
Для
серийного
производства
(750
шт./год)
оптимальным
вариантом является кованая заготовка из стали 40Х. Она
обеспечивает прочность и уменьшает риск появления трещин.
2.2. Определение технологических баз
Для точного позиционирования детали в процессе обработки
используются технологические базы.
Основные базы для обработки ведущего вала:

Первичные базы (при черновой обработке) – центровые
отверстия, торцы.

Вспомогательные базы (на промежуточных операциях) –
наружные цилиндрические поверхности.

Финишные
базы
(при
окончательной
обработке)
–
шлифованные поверхности, резьбовые участки.
Выбор баз позволяет минимизировать погрешности при обработке и
повысить точность взаимного расположения элементов.
2.3. Разработка технологического маршрута обработки детали
Разработка технологического маршрута включает определение
последовательности операций.
№
операции
1
2
3
Операция
Оборудование
Примечание
Токарная
Токарный станок с
Форма заготовки,
черновая
ЧПУ (16К20Ф3, Haas
черновая
обработка
ST-20)
обработка
Фрезерование
Фрезерный станок с
Образование
шпоночных пазов
ЧПУ (DMG Mori)
канавок
Печь термообработки
Повышение
(СНВ-3.2.5/12, Накал)
твердости
Круглошлифовальный
Достижение
станок (3М151)
точных размеров
Закалка и отпуск
Шлифование
4
рабочих
поверхностей
5
Контрольные
измерения
Контрольноизмерительные
приборы
Проверка точности
Этот маршрут обеспечивает минимальные затраты времени и
высокую точность обработки.
2.4. Выбор и описание технологического обеспечения
2.4.1. Выбор технологического оборудования по операциям
Основное оборудование:
1. Токарные станки с ЧПУ – Haas ST-20, 16К20Ф3.
2. Фрезерные станки – DMG Mori CMX 600V.
3. Шлифовальные станки – Jainnher JHP-3506.
4. Термическое оборудование – печь СНВ-3.2.5/12.
Оборудование
выбрано
исходя
из
требований
точности
и
производительности.
2.4.2. Выбор режущего инструмента по операциям
Операция
Инструмент
Материал инструмента
Точение
Твердосплавные резцы
Сплавы К10, Т15К6
Фрезерование
Концевые фрезы
Быстрорежущая сталь Р6М5
Шлифование
Алмазные круги
Алмаз В1-300
Использование твердосплавных инструментов повышает стойкость
и точность обработки.
2.5. Разработка технологических операций
Технологические операции разрабатываются с учетом режимов
резания, припусков и допусков.
2.5.1. Расчет припусков на обработку
Поверхность
Черновой припуск
(мм)
Чистовой припуск (мм)
Цилиндрическая
2,5
0,8
Торцевая
1,5
0,5
Шпоночный паз
1
0,3
2.5.2. Расчет режимов резания
Пример режимов резания при токарной обработке
Параметр
Черновое точение Чистовое точение
Скорость резания (м/мин)
150–180
200–250
Глубина резания (мм)
2–3
0,5–1
Подача (мм/об)
0,25–0,35
0,1–0,2
2.5.3. Расчет технических норм времени
Операция
Время выполнения (мин)
Операция
Время выполнения (мин)
Точение
10
Фрезерование
7
Закалка
30
Шлифование
12
2.6. Определение усилий зажима детали
Для обеспечения надежного закрепления ведущего вала при
обработке
необходимо
определить
усилие
зажима,
которое
исключает проскальзывание детали, но при этом не вызывает ее
деформацию.
Факторы, влияющие на выбор усилия зажима:

Материал детали (сталь 40Х).

Диаметр зажимаемой части (⌀ 50 мм).

Тип обработки (токарная, фрезерная, шлифовальная).

Максимальные силы резания.
Расчет усилия зажима при точении:
Формула определения минимального усилия зажима:
Fz=PμF_z = \frac{P}{\mu}
где:

PP — осевая сила резания, Н

μ\mu — коэффициент трения (для сталь-сталь: 0,15–0,2)
Осевая сила резания определяется по формуле:
P=ks⋅ AP = k_s \cdot A
где:

ksk_s — удельное сопротивление резанию (1800 Н/мм² для
стали 40Х)

AA — сечение срезаемого слоя (A=a⋅ fA = a \cdot f)
o
a=2a = 2 мм (глубина резания)
o
f=0,3f = 0,3 мм/об (подача)
A=2×0,3=0,6 мм2A
P=1800×0,6=1080 НP
=
2
=
\times
1800
0,3
\times
=
0,6
0,6
=
\text{
1080
мм}^2
\text{
Н}
Fz=10800,15=7200 НF_z = \frac{1080}{0,15} = 7200 \text{ Н}
Таким образом, усилие зажима должно быть не менее 7200 Н для
предотвращения проскальзывания детали при токарной обработке.
Выбор способа зажима:

Для токарной обработки – трехкулачковый патрон с
механическим зажимом.

Для фрезерования – призматический зажим с винтовым
механизмом.

Для шлифования – магнитный стол (при необходимости).
2.7. Выбор и расчет средств технического контроля
Контроль качества ведущего вала осуществляется на следующих
этапах:
1. Контроль
исходной
заготовки
(визуальный
осмотр,
измерение базовых размеров).
2. Контроль после черновой обработки (измерение основных
диаметров и длины).
3. Финишный контроль (проверка шероховатости, точности
посадочных мест).
Выбор контрольно-измерительных инструментов:
Параметр
контроля
Инструмент
Наружный диаметр Микрометр (ГОСТ 6507-90)
Длина
Концентричность
Шероховатость
Штангенциркуль (ГОСТ
166-89)
Индикатор ИЧ-10 (ГОСТ
577-68)
Профилометр (Mitutoyo SJ210)
Допустимые отклонения размеров:
Точность
измерения
±0,01 мм
±0,02 мм
±0,005 мм
±0,002 мкм
Номинальное
Допуск (ГОСТ 25347-
значение
82)
Диаметр ⌀ 50 мм
50,00 мм
±0,02 мм
Длина 200 мм
200,00 мм
±0,05 мм
Концентричность
0,01 мм
≤0,02 мм
0,8 мкм
≤1,6 мкм
Размер
Шероховатость
(Ra)
При выходе за предельные значения производится корректировка
технологического процесса.
2.8. Разработка управляющей программы для станка с ЧПУ
Обработка ведущего вала будет выполняться на токарном станке с
ЧПУ Haas ST-20.
Программа для ЧПУ (G-код) для точения ведущего вала
O1000 (Программа обработки ведущего вала)
G21 (Метрическая система)
G90 (Абсолютное программирование)
G17 (Выбор рабочей плоскости XY)
(Установка инструмента)
T0101 (Выбор резца)
G96 S200 M03 (Установить постоянную скорость резания 200 м/мин)
G00 X52 Z5 (Перемещение к начальной точке)
G01 Z-205 F0.3 (Продольное точение)
G00 X100 (Отход инструмента)
(Фрезерование шпоночного паза)
T0202 (Выбор фрезы)
G00 X0 Y0 Z10
G01 Z-5 F50
G01 X10 F100
G01 Z10 F50
G00 X0
(Шлифование)
T0303
G00 X50.2 Z3
G01 Z-200 F0.1
G00 X100
G28 (Возврат в исходное положение)
M30 (Конец программы)
Описание кода:
1. G21 – Устанавливает метрическую систему измерений.
2. G90 – Абсолютные координаты.
3. T0101 – Выбор токарного резца.
4. G96 S200 M03 – Установка скорости резания 200 м/мин.
5. G00 X52 Z5 – Быстрое перемещение к заготовке.
6. G01 Z-205 F0.3 – Точение по оси Z с подачей 0,3 мм/об.
7. T0202 – Выбор фрезы для шпоночного паза.
8. G28 – Возвращение в нулевую точку.
9. M30 – Завершение программы.