3 Конструкторский раздел
3.1 Выбор системы станочного приспособления для операции, выполняемой на станке с ЧПУ. Описание конструкции и работы. Расчет на точность, надежность закрепления и прочность слабого звена.
В качестве технологической оснастки выбираю приспособление токарное «Планшайба». Данное приспособление предназначено для установки и закрепления детали № оп. 045, 050, 055, 060 (по проектному варианту тех процесса) на токарном станке 16К20Т1
Заготовка устанавливается на ложемент 6 попадая технологической бобышкой в предназначенное для нее отверстие ø8Н9 и прижимается гайкой 17. Для исключения поворота детали предусмотрены штифты 19, 20.
Само приспособление закрепляется за оправку в трех-кулачковый патрон.
Заготовка лишена 6-ти степеней свободы, что обеспечивает полное базирование
В данном приспособлении используется комбинированный рычажно-винтовой механизм. Винтовые зажимы являются самыми распространенными, так как просты по конструкции, являются самотормозящими, имеют значительный коэффициент усиления (50 и более). Недостатки данных зажимов: значительное время закрепления и раскрепления заготовки; ручной привод; непостоянство усилия закрепления; возможность смещения заготовки от сил трения на торце винта. Закрепление указанными зажимами производится ключами, ручками, гайками, гайками-головками, установленными на конце винта.
Усилие закрепления зависит от длины рукоятки, величины приложенного к ней усилия, формы опорного торца и вида резьбы.
Рычажные механизмы отличаются простотой конструкции и применяются в станочных приспособлениях в виде прихватов и прижимных планок. Для облегчения установки заготовки они выполняются поворотными, откидными и передвижными.
Расчет усилия закрепления рычажно-винтового механизма.
Определяем требуемое усилие закрепления, которое определяется по формуле:
Wтр=Pz×Ky (21)
Где: Pz – сила резания; Ку – коэффициент усиления
Коэффициент усиления рассчитывают по формуле:
Ку=К0К1К2К3К4К5К6 (22)
Где:
Кo — гарантированный коэффициент запаса — рекомендуется принимать для всех случаев равным 1,5;
К1 — коэффициент, учитывающий наличие случайных неровностей на поверхности заготовки, вызывающих увеличение сил резания. При черновой обработке К1=1,2; при чистовой и отделочной обработке К1=1.
К2 — коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при затуплении инструмента. Его значения выбираются по [4] (табл.9 стр. 84-85)
К3 — коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании. При точении с ударами и торцовом фрезеровании он достигает значения 1,2. При обработке без ударов К3=1,0.
К4 — коэффициент, учитывающий постоянство развиваемых сил зажима. Для ручных зажимных устройств К4=1,3; для механических устройств прямого действия (пневматических, гидравлических и т.п.) К4=1,0. Если величина допуска на размер заготовки влияет на силу закрепления, что имеет место при использовании пневмокамер, мембранных патронов и т.п., К4=1,2.
К5 — коэффициент, учитывающий удобство расположения рукояток в ручных зажимных устройствах. При удобном расположении и малом диапазоне угла её поворота К5=1,0, при большом диапазоне (более 90°) К5=1,2.
К6 — коэффициент, учитывающий наличие моментов, стремящихся повернуть заготовку. Если заготовка установлена базовой плоскостью на опоры с ограниченной поверхностью контакта, К6=1,0. Если на планки или другие элементы с большой поверхностью контакта, К6=1,5.
Ку=1,5×1×1×1×1,3×1×1=1,95
Так как в результате расчета значение коэффициент усиления оказался меньше 2,5, принимаем Ку=2,5.
Сила резания рассчитывается по формуле:
Pz=10CptxsyvnKp (23)
Где: Постоянная Ср и показатели степени x, y, n для конкретных (расчетных) условий обработки для каждой из составляющих сил резания приведены в [4] (табл. 22 стр. 273)
Ср=204; x=1; y=0,75; n=0
Кр-поправочный коэффициент который представляет собой произведение ряда коэффициентов, учитывающих фактические условия резания.
Кр=КмрКᵠрКᵞрКᵡрКᵣр (24)
Численные значения этих коэффициентов приведены в [4] (табл.9,10,23 стр,264,265,275)
Kp=0,79×0,89×1×1×0,93=0,653
t — Глубина резания =2,5мм
S — Подача =0,3мм/об [4] (табл. 11 стр. 266)
V- Скорость резания = 140м/мин [4] (табл. 20 стр272)
Рz=10×204×2,51×0,30,75×1400×0,653=1326 H.
Wтр=1326×2,5=3315 Н.
Определяем фактическое усилие закрепления, которое определяется по формуле:
Wф=Q×(l_1+l_2)/l_1 (25)
Где: Q – усилие закрепления, развиваемое винтовым зажимом, которое определяем по формуле:
Q=L×Pu/[0,1×d+0,05×(Do3-do3)/(Do2-do2)] Где: L-длина рукоятки ключа (L=14d); Pи-исходное усилие 100÷150; d-наружный диаметр резьбы d=10мм; Do-диаметр опорного торца гайки Do=15мм; do-диаметр отверстия в шайбе (do≈d+0,5) d=10,5
Q=140×100/[0,1×10+0,05×(153-10,53)/(152-10,52)]=7142,8 H.
Wф=7142×(45+45)/45=14284 Н.
Проверка условия Wф≥Wрасч. Условие выполнено.
3.2. Описание конструкции и расчет контрольно-измерительной оснастки.
Наименование: измерительный инструмент калибр – пробка, проверяет диаметральный параметр – отверстие ∅10Н12
Калибры – средства измерительного контроля, предназначенные для проверки соответствия действительных размеров, формы и расположения поверхностей детали заданным требованиям. Калибры применяют для контроля деталей в массовом и серийном производстве. Калибры бывают нормальные и предельные. Нормальные калибры – однозначная мера, которая воспроизводит среднее значение (значение середины поля допуска) контролируемого размера. При использовании нормального калибра о годности детали судят по зазорам между поверхностями детали и калибра. Оценка зазора, следовательно, результаты контроля в значительной мере зависит от квалификации контролера и имеют субъективный характер. Предельные калибры обеспечивают контроль по наибольшему и наименьшему предельным значениям параметров. Изготавливают предельные калибры для проверки размеров гладких цилиндрических и конических поверхностей, глубины и высоты уступов, параметров резьбовых и шлицевых поверхностей деталей. Изготавливают также калибры для контроля расположения поверхностей деталей, нормированных позиционными допусками, допусками соосности и др. При контроле предельными калибрами деталь считается готовой, если проходной калибр под действием силы тяжести проходит, а непроходной калибр не проходит через контролируемый элемент детали. Результаты контроля практически не зависит от квалификации оператора. По конструкции калибры делятся на пробки и скобы. Для контроля отверстий используют калибры – пробки, для контроля валов – калибры – скобы. По назначению калибры делятся на рабочие и контрольные. Рабочие калибры предназначены для контроля деталей в процессе их изготовления. Такими калибрами пользуются рабочие и контролеры отделов технического контроля (ОТК) на предприятиях.
Комплект рабочих предельных калибров для контроле гладких цилиндрических поверхностей деталей включают: проходной калибр (ПР), нормальный размер которого равен наибольшему предельному размеру вала или наименьшему предельному размеру отверстия; непроходной калибр (НЕ), номинальный размер которого равен наименьшему предельному размеру вала или наибольшему предельному размеру отверстия. Проходной калибр контролирует предел максимума материала детали, значит, выявленный таким калибром брак будет исправимым ( на детали остается избыток материала, который можно снять при дальнейшей обработке детали с помощью того же технологического процесса). Непроходимый калибр контролирует предел минимума материала детали, значит, выявленный таким калибром брак будет неисправимым ( с детали снято слишком много материала, который нельзя вернуть с помощью того же технологического процесса). Для всех калибров устанавливают допуски на изготовление рабочих поверхностей, а для проходного калибра, который при контроле детали изнашивается более интенсивно, дополнительно устанавливают границу износа.
Источник: Расчет калибра – пробки для отверстия ∅10Н12
TD=0,15(мм)
ES=TD=0,15(мм)
EI=0
Dmax=D+ES=10+0,15=10,15мм
Dmin=D+EI=10+0=10мм
Z=0,014 мм
Н=0,006 мм
У=0мм
Z-коэффициент смешения ПР
H-допуск калибра
У-коэффициент износа ПР
Номинальные размеры
НЕ=Dmax=10,15 мм
ПР=Dmin+Z=10+0,014=10,014 мм
ПРизн=Dmin-Y=10-0=10мм
Предельные размеры
НЕmax=Dmax+H/2=10,15+0,006/2=10,153мм
НЕmin=Dmax-H/2=10,15-0,006/2=10,147 мм
ПРmax=Dmin+Z+H/2=10+0+0,006/2=10,003 мм
ПРmin=Dmin+Z-H/2=10+0-0,006/2=9,997мм
Исполнительные размеры
НЕmax-H=10,153-0,006
ПРmax-Н=10,003-0,006
Рисунок 4 — Полей допусков калибра – пробки 10Н12
4 Экономический раздел
4.1 Расчет размера партии деталей и программы запуска продукции в производство.
Выполнение этого раздела осуществляют на основе разработанного технологического процесса обработки детали–представителя. Для расчета используют основные исходные данные:
1. деталь — Крестовина;
2. масса детали –0,1;
3. масса заготовки –1,748 кг.;
4. заготовка — Паковка;
5. стоимость 1кг. материала –400руб./кг.;
6. стоимость 1кг. реализуемых отходов–18 руб./кг.;
7. тип производства — среднесерийное.
Таблица 13 — Маршрутно-технологический процесс обработки детали «Крестовина» (Проектный технологический процесс.)
| N оп. | Наименование операции | Модель станка | Нормы времени, мин | Разряд | |||
| Тосн | Твсп | Тшт | Тпз | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 005 | Фрезерная с ЧПУ | VMX 24t | 7,84 | 1 | 11,47 | 25 | 4 |
| 010 | Фрезерная с ЧПУ | VMX 24t | 16,31 | 1 | 19,05 | 25 | 4 |
| 015 | Слесарная | 6,54 | 3 | 10,5 | 11,5 | 4 | |
| 045 | Токарная с ЧПУ | 16К20Т1 | 13,34 | 1 | 15,78 | 25 | 4 |
| 050 | Токарная с ЧПУ | 16К20Т1 | 13,34 | 1 | 15,78 | 25 | 4 |
| 055 | Токарная с ЧПУ | 16К20Т1 | 13,34 | 1 | 15,78 | 25 | 4 |
| 060 | Токарная с ЧПУ | 16К20Т1 | 17,36 | 1 | 20,2 | 25 | 4 |
Расчет количества деталей в партии, норма штучно — калькуляционного времени и расценок.
Годовой приведенный объем выпуска деталей определяют исходя из производственной мощности оборудования и рационального его использования.
Расчет приведенного объема выпуска производят по формуле:
, где (4)
– годовая производственная мощность оборудования, шт.;
– коэффициент загрузки оборудования;
– действительный годовой фонд времени работы оборудования, устанавливают дифференцировано по группам оборудования, час.;
– норма штучного времени на ведущей операции, для детали–представителя ведущей операцией принимаю операцию с наименьшей нормой времени, в отдельных случаях является целесообразным объединение операций небольшой продолжительности (менее 1 минуты), которые выполняют на станках одной модели, принимаем
– коэффициент допустимых потерь на переналадку оборудования, принимаем для среднесерийное .
Действительный годовой фонд времени работы оборудования рассчитывают по формуле:
(5)
Где – номинальный фонд времени рабочего оборудования за 1 год(час)
– коэффициент использования оборудования
Номинальный фонд времени работы оборудования за год рассчитывают по формуле
, где (6)
– число календарных дней в планируемом году, при расчете годового фонда времени за основу берем, данные календаря на 2019 год, ;
– число праздничных дней в году, ;
– число выходных дней в году, ;
– продолжительность рабочей смены, ;
– число предпраздничных сокращенных рабочих дней в году, ;
– число часов,на которое сокращается предпраздничный рабочий день, в соответствии с законодательством РФ, ас;
– количество рабочих смен, принимаем ;
– коэффициент использования оборудования.
Коэффициент использования оборудования рассчитывают по формуле:
, где (7)
– процент, который определяет потери времени на ремонт и профилактику оборудования, в соответствии с графиком планово-предупредительного ремонта оборудования .
Принимаем .
Годовой объем выпуска детали представителя, определяют по формуле:
, где (8)
– коэффициент закрепления операции, согласно ГОСТ 31108-74 для средне-серийного производства .
Принимаем
Количество наименований деталей, обрабатываемых на участке, рассчитывают по формуле.
(9)
Принимаем
При равномерном выпуске продукции и закреплении за каждым рабочим местом одной операции .
В данном случае . и находится в пределах величины
, что соответствует заданию.
Минимальное число деталей в партии, определяют по формуле:
, где (27)
– норма подготовительно заключительного времени на партию деталей на ведущей операции, по данным таблицы 13, .
Расчетная величина партии корректируется таким образом, что бы она была не менее полусменного выпуска деталей и кратна годовому выпуску.
Выпуск детали за половину смены определяют по формуле:
, где (28)
– оперативное время за смену, принимаем .
– норма оперативного времени на ведущей операции, мин.
Норму оперативного времени на ведущей операции рассчитывают по формуле:
, где (29)
– основное время на ведущую операцию, мин;
, мин
Принимаем , что близко к расчетному значению и кратно годовому выпуску.
Норму штучно-калькуляционного времени на операцию определяют по формуле:
(30)
Сдельную расценку на операцию рассчитывают по формуле:
, где (31)
– часовая тарифная ставка соответствующего разряда работ,
Сдельные расценки на все операции рассчитывают в таблице 14.
4.2 Расчет потребности количества оборудования.
Расчетное количество станков по каждой операции рассчитывают по формуле:
(34)
0,91
Принимаем .
Коэффициент загрузки оборудования рассчитывают по формуле:
(35)
Таблица 15 — Расчет количества оборудования и коэффициент его загрузки
Средний коэффициент загрузки оборудования рассчитывают по формуле:
, где (36)
– количество наименования оборудования.
По данным таблицы 15, .
График загрузки оборудования на участке представлен на рисунке 5.
Рисунок 5 — График загрузки оборудования
На основе расчетов, произведенных в таблице 15 и информации, собранной на предприятии, составляем сводную ведомость оборудования.
Таблица 16 — Сводная ведомость оборудования.
4.3 Расчет площади участка.
Расчет производственной площади участка производят по формуле:
, где (37) – количество наименований оборудования;
– производственная площадь на единицу оборудования, данные об удельной площади каждого оборудования, представлены в таблице 4, .
.
К полученному значению производственной площади необходимо добавить площадь на внутрицеховые проезды и проходы, дополнительная площадь составляет 5% от производственной площади.
Производственную площадь с учетом дополнительной площади под внутрицеховые проезды и проходы рассчитывают по формуле:
, где (38)
1,25 – коэффициент, учитывающий дополнительные площади под проходы и проезды.
.
На проектируемом участке также необходимо предусмотреть площади для главного проезда, для этого при расчете используют коэффициент дополнительных площадей, который колеблется от 1,3 до 2 и даже выше.
Тогда общую производственную площадь участка с учетом всех дополнительных площадей рассчитывают по формуле:
, где (39)
– коэффициент дополнительных площадей для главного проезда,
Принимаем общую площадь с учетом рабочего места мастера равной 648 м2
Sобщ = 648 м2
4.4 Расчет численности основных производственных рабочих.
Для того, чтобы произвести расчет численности производственных рабочих необходимо проанализировать возможность многостаночного обслуживания. Многостаночное обслуживание является одним из направлений повышения эффективности производства, так как оно обеспечивает сокращение производственных рабочих и рост производительности труда. Многостаночное обслуживание применяется на станках с достаточно высоким уровнем автоматизации. Наилучшее возможности имеются при наличии нескольких одинаковых станков, выполняющих одну операцию, то есть станков – дублеров.
Количество станков – дублеров, которые может обслуживать один рабочий, определяют исходя из машинно–автоматического и ручного времени по формуле:
, где (40)
–машинно–автоматическое время на выполнение операций, мин.;
– время выполнения ручных операций, а также время на наблюдения за работой станков и на переходы от станка к станку, мин.
Машино – автоматическое время на операцию рассчитывают по формуле:
, где (41)
время выполнения основной операции. По данным таблицы 13,
.
Время выполнения ручных операций определяют по формуле:
(42)
По данным таблицы 13, мин.
.
Количество станков, обслуживаемых одним рабочим, принимаем путем округления расчетов в меньшую сторону, с учетом фактического (принятого) количества станков и равномерного распределения работы между рабочими.
Принимаем шт., так как шт.
Расчет численности производственных рабочих производят по каждой профессии и разряду, исходя из трудоемкости работ за год.
Расчет численности производственных рабочих производят по формуле:
, где (43) плановый эффективный фонд рабочего времени одного работника за год, час.
Плановый эффективный фонд рабочего времени за год рассчитывают по формуле:
, где (44)
коэффициент использования рабочего времени.
Коэффициент использования рабочего времени рассчитывают по формуле:
, где (45)
процент, определяющий потери времени по уважительным причинам.
По данным бухгалтерии .
час.
Принимаем 2 чел.
Расчет численности производственных рабочих на остальных операциях производят в таблице 17.
4.5 Расчет тарифного и годового фондов заработной платы основных производственных рабочих.
Для оплаты труда производственных рабочих применяется сдельно-премиальная форма оплаты труда.
Фонд зарплаты производственных рабочих состоит из основной и дополнительной заработной платы.
Расчет фонда заработной платы производственных рабочих производят по формуле:
, где (50)
фонд основной заработной платы производственных рабочих за год, руб.;
фонд дополнительной заработной платы производственных рабочих, руб.
Годовой фонд основной заработной платы рассчитывают по формуле:
, где (51)
годовой фонд тарифной заработной платы производственных рабочих, руб.;
коэффициент, учитывающий сумму премий, по данным бухгалтерии 1,9.
Годовую сумму тарифного заработка рассчитывают по формуле:
, где (54)
количество наименований операций, связанных с обработкой детали;
прямая сдельная расценка на обработку одной детали, руб./шт.
Расчет прямой сдельной расценки с учетом коэффициента многостаночного обслуживания производим в таблице 19, которая составлена с помощью таблицы 18.
Таблица 18 — Значение коэффициентов, учитывающих многостаночное обслуживание.
Таблица 19 — Расчет прямой сдельной расценки с учетом коэффициента многостаночного обслуживания
4.6 Расчет годового расхода и стоимости основных материалов по участку.
Годовой расход основных материалов определяют на основе нормы расхода на деталь, величина которой определена в технологической части. Стоимость материалов определяют исходя из стоимости заготовки с учетом возвратных сумм за реализованные отходы по формуле:
, где (55)
стоимость заготовки, руб.;
стоимость отходов, руб.
Таблица 20 — Цеховая себестоимость
4.7 Определение цеховой себестоимости детали-представителя.
Цеховая себестоимость одной детали включает расходы на основные материалы за вычетом отходов, расходы на основную заработную плату производственных рабочих, расходы на дополнительную заработную плату производственных рабочих, сумму отчислений на социальные нужды, расходы на содержание и эксплуатацию оборудования, а также цеховые накладные расходы.
Расчет цеховой себестоимости производят по формуле:
, где (59)
ОТЧ – сумма отчислений с заработной платы во внебюджетные фонды на социальные нужды, руб.;
расходы на содержание и эксплуатацию оборудования, руб.;
ЦР – цеховые накладные расходы, руб.
Стоимость основных материалов за вычетом отходов на 1 изделие определена в таблице 20, М=231 руб.
Основную заработную плату производственных рабочих на одну деталь определяют по формуле:
(60)
Дополнительную заработную плату на одну деталь определяют в размере 11% к основной заработной плате по формуле:
(61)
Отчисление на социальные нужды определяют в размере 30% к сумме основной и дополнительной заработной платы по формуле:
(62)
Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования определяют в размере 250% к основной заработной плате производственных рабочих по формуле:
(63)
Цеховые накладные расходы определяют в размере 280% к основной заработной плате производственных рабочих по формуле:
(64)
Расчет цеховой себестоимости производят в таблице 21.
Таблица 21 — Калькуляция цеховой себестоимости.
Таблица 22 — Исходные данные для экономического сравнения вариантов технологического процесса.
Расчет технологической себестоимости годовой программы выпуска изделия по сравниваемым вариантам.
Себестоимость механической обработки (технологическая себестоимость) включает затраты, зависящие от применяемой техники и технологии и величина которой является различной для сравниваемых вариантов.
Себестоимость механической обработки годового приведенного объема выпуска изделий определяют по формуле:
,где (71)
годовая зарплата производственных рабочих за выполнение годового выпуска изделий на данной операции по сравниваемым вариантам с учетом отчислений во внебюджетные фонды, руб.;
заработная плата наладчиков за год с учетом отчислений во внебюджетные фонды, руб.;
годовые амортизационные отчисления на полное восстановление станков, руб.;
годовые затраты на амортизацию и содержание площадей, занимаемых станками, руб.;
годовые затраты на ремонт и обслуживание оборудования, руб.;
годовые затраты на техническое обслуживание устройств с ЧПУ, руб.
Заработную плату производственных рабочих с учетом отчислений во внебюджетные фонды рассчитывают по формуле:
, где (72)
коэффициент, учитывающий сумму дополнительной заработной платы, ;
коэффициент, учитывающий сумму отчислений с заработной платы во внебюджетные фонды, в соответствии с законодательством Российской Федерации, .
Прямую сдельную расценку на операцию по сравниваемым вариантам рассчитывают по формуле:
Таблица 23 — Стоимость механической обработки (технологическая себестоимость) по базовому и проектному вариантам технологического проекта.
Расчет суммы капиталовложений по сравниваемым вариантам.
Номинальные вложения, учитываемые при определении эффективности проекта, складываются из следующих затрат:
– балансовая стоимость оборудования ;
– стоимость производственных площадей ;
– стоимость служебно-бытовых площадей ;
– стоимость оборотных средств в незавершенном производстве .
Таким образом, сумму капитальных вложений по сравниваемым вариантам технологического процесса определяют по формуле:
Для определения коэффициента, учитывающего стоимость дополнительных площадей, используют таблицу 24.
Таблица 24 — Коэффициент дополнительных площадей.
Все показатели полученные в результате расчетов сведены в таблицу 25.
Таблица 25 — Капитальные вложения по сравниваемым вариантам технологического процесса.
Определение суммы приведенных затрат по сравниваемым вариантам и расчет годового экономического эффекта.
Сумма приведенных экономических затрат и годовой экономический эффектов внедрения нового технологического процесса рассчитаны в таблице 26.
Таблица 26 — Расчет величины приведенных затрат и годового экономического эффекта.
Расчет количества высвобождаемых рабочих, расчет роста производительности труда и снижения себестоимости продукции.
Расчет численности высвобождаемых рабочих следует выполнять, исходя из потребного количества станочников, наладчиков и дополнительной рабочей силы, по базовому и проектному варианту.
Численность высвобождаемых рабочих рассчитывают по формуле:
В результате расчётов установлена экономическая целесообразность технологического процесса с применением станков с ЧПУ модели VMX24t
Расчеты показали, что период окупаемости составит 4,7года; рост производительности труда 10,77% и снижение себестоимости на 1%.