Механизация и автоматизация техпроцесса изготовления детали "тормозной диск"

образец АПП (2) — копия.docx

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ4
1 Конструкция и назначение4
3 Основные стадии технологического процесса5
4 Выводы по разделу постановка задач5
ОБЗОР ПЕРЕЧНЯ ПРОЦЕССОВ ВХОДЯЩИХ В РАБОТУ6
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА7
ВЫБОР И ОПИСАНИЕ СРЕДСТВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ9
1 Выбор металлорежущего оборудования9
2 Выбор средств механизации загрузки и разгрузки оборудования13
3 Выбор средств контроля14
4 Проектирование автоматический линии для обработки детали16
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ18
Современное машиностроениезначительно отличается от машиностроения пяти-десятилетней давности. В настоящее время данная отрасль основывается на наукоемких компьютерных технологиях. Именно в этом и состоит основное отличие – развитие и процветание отрасли зависит не только от количества и качества электроэнергии и ресурсов но и от применяемых технологий. Появилась возможность производства специализированных машин и роботов имеющих высокую эффективность разнообразные настройки. При этом механические узлы заменились постепенно на интеллектуальные что позволяет не только ускорить производственные процессы но и сократить используемые площади.
Основной задачей современного машиностроения является повышение качества услуг в короткие сроки с минимальными материальными затратами. При этом требования к конечной продукции остаются высокими – надежность материалов точность изготовления.
Однако стоит заметить что модернизация машиностроения сказалась в первую очередь на системах управления не затронув рабочие агрегаты и аппараты. С точки зрения конкурентоспособности это не самый лучший вариант развития данной отрасли.
Современные станки агрегаты должны отвечать ряду требований:
многофункциональность то есть возможность создания на данной машине нескольких вариантов продукции возможность выбора технологического процесса (сборка измерение и испытание);
многопоточность то есть возможность организации параллельный процессов возможность перераспределения нагрузок.
Современное машиностроение требует и соответствующего обслуживающего персонала. Теперь это должны быть не рабочие люди (токари слесари) а высокопрофессиональные специалисты-инженеры прекрасно владеющие компьютерами знающие весь технологический процесс способные принять правильное решение при возникновении аварийной ситуации. Соответственно модернизация в производственной сфере влечет за собой и модернизацию в образовательной.
В настоящее время в странах СНГ как и во всем мире машиностроение развивается достаточно высокими темпами однако недостаточными чтобы отвечать требованиям предъявляемым к конечной продукции чтобы оставаться конкурентоспособными на современном рынке.
Целью данной работы является разработка автоматизированного технологического процесса изготовления тормозного диска выполняемого на автоматической линии с учетом оптимальной последовательности технологических операций выполнением норм техники безопасности и обеспечением при этом высокого уровня производительности труда.
АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1 Конструкция и назначение
Тормозной диск— основной элемент дисковой тормозной системы. Предоставляющий из себя вращающаяся часть дисковой системы к которой при помощи привода прижимаются неподвижные тормозные колодки. Выступает участником фрикционной пары трения результатом которого является управляемое замедление транспортного средства. Тормозной диск функционально выполняет две задачи:
в паре с тормозной колодкой создает трение
рассеивает сгенерированное тепло
Тормозной диск автомобиля состоит из двух частей - центральной ступичной части и рабочего полотна. В зависимости от типа конструкция может быть либо цельнолитая либо составная. Центральная часть диска является его основой и устанавливается непосредственно на ступицу рабочее полотно служит опорной поверхностью для пары трения.
Части тормозного диска: ротор и центральная часть диска.
Ротор— кольцеобразная поверхность с которой контактируют тормозные колодки в момент торможения. Это самая большая и тяжёлая деталь дискового тормоза. Обычно изготавливаются из чугуна из-за высоких показателей трения и низкого износа материала.
Чтобы улучшить охлаждение диски делают вентилируемыми. Вентилируемые диски между двумя поверхностями ротора содержат радиальные полости по которым циркулируют потоки воздуха от центра к краям.
Ротор крепится на центральную часть диска которая в свою очередь крепится на ступицу колеса. Центральная часть ротора препятствует передаче тепла от тормозящей поверхности до колесных подшипников благодаря чему подшипники не нагреваются.
Центральная часть диска делается из чугуна или более лёгких материалов например из алюминия.
Исходя из базовых задач основным материалом для производства тормозных дисков стал серый чугун с графитом пластинчатой либо вермикулярной формы. Данный сплав хорошо поддается механической обработке что позволяет конструировать различной формы системы вентиляции и отвода тепла. Вторым преимуществом чугуна является хорошая теплопроводность что важно в условиях интенсивных термических нагрузок.
Альтернативой чугуну стала технология производства на основе углерода и карбидокремниевой матрицы. Как правило такая формула содержит полимерные порошки в сочетании с усиливающими волокнами. В отличие от классического чугунного диска композитный состав имеет значительно меньший вес а также обладает лучшей стойкостью к механическому износу. В нормальных условиях эксплуатации ресурс такого диска может составлять 300-350 тысяч километров. Учитывая высокую стоимость технологии керамические тормозные диски устанавливаются на спортивные версии автомобилей.
3 Основные стадии технологического процесса
Технология производства той или иной детали определяется ее конфигурацией точностью изготолвения и рядом специфических требований. Среди основных стадий технологического процесса изготовления тормозных как в традиционных так и в автоматизированных технологических процессах принято считать:
)Производство заготовки литьем. Нашли применение как литье в песчано-глинистые формы центробежное литье литье по выплавляемым моделям и литье под давлением;
)Термическая обработка необходимая для снятия литейных напряжений придания однородности структуре и придания необходимой твердости а также обрабатываемости резанием;
)Механическая обработка;
В настоящее время уровень развития технологий позволяет автоматизировать все указанные процессы.
4 Выводы по разделу постановка задач
Для достижения обозначенной выше цели исследования в настоящей работе предлагается рещить ряд задач:
)Выявить перечень технологических операций для производства заявленного изделия;
)Разработать альтернативный технологический процесс с использованием станков с ЧПУ введением прочих средств автоматизации и механизации технологических процессов;
)Выбрать необходимые средства технологического оснащения выявить их особенности описать характеристики;
)Спроектировать автоматическую линию из выбранного ранее оборудования и средств технологического оснащения выполнить ее чертеж.
ОБЗОР ПЕРЕЧНЯ ПРОЦЕССОВ ВХОДЯЩИХ В РАБОТУ
Составим маршрут технологического процесса обеспечивающий выполнение технических условий на изготовление детали опираясь на рекомендации изложенные в литературных источниках [1 3].
Структура базового технологического процесса с указанием технологического оборудования указан на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Структурная схема базового технологического процесса
Отливка – заготовка полученная литьем.
Термическая обработка металлов – процесс обработки изделий из металлов и сплавов путём теплового воздействия с целью изменения их структуры и свойств в заданном направлении. Это воздействие может сочетаться также с химическим деформационным магнитным и др.
Точение – операция обработки тел вращения винтовых и спиральных поверхностей резанием при помощи резцов на станках токарной группы. При точении заготовке сообщается вращательное движение (главное движение) а режущему инструменту (резцу)-медленное поступательное перемещение в продольном или поперечном направлении (движение подачи).
Сверление — вид механической обработки материалов резанием при котором с помощью специального вращающегося режущего инструмента (сверла) получают отверстия различного диаметра и глубины.
Шлифование – процесс чистовой и отделочной обработки деталей машин и инструментов посредством снятия с их поверхности тонкого слоя металла шлифовальными кругами на поверхности которого расположены абразивные зерна.
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Структура усовершенствованного технологического процесса с указанием технологического оборудования указан на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 – Структурная схема предлагаемого технологического процесса
В предлагаемом технологическом произошли следующие изменения:
Заготовительная операция проводится на машине для литья под давлением это повзоляет повысить производительность процесса увеличить производственные программы;
Токарная и сверлильная операции объединяются и проводятся на обрабатывающем центре NG-250;
Внутришлифовальная операция осуществляется на координатно-шлифовальном станке с ЧПУ КШ-320;
Внедрение станков с програмным управлением в рамках описываемого производства позволяет:
)Высвободить персонал снизить затраты на эксплуатацию оборудования;
)Уменьшить вспомогательное и основное время;
)Устранить необходимость межоперационного и окончательного контроля качества обработки;
)Облегчить труд рабочих задействованых в транспортировании заготовок в процессе обработки.
ВЫБОР И ОПИСАНИЕ СРЕДСТВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ
1 Выбор металлорежущего оборудования
При выборе типа станка и степени его автоматизации необходимо учитывать следующие факторы:
) габаритные размеры форму детали;
) форму обрабатываемых поверхностей их расположение;
) технические требования к точности размеров формы и шероховатости обработанных поверхностей;
) размер производственной программы характеризующий тип производства данной детали.
В единичном и мелкосерийном производстве используются универсальные станки в серийном наряду с универсальными станками широко применяются полуавтоматы и автоматы в крупносерийном и массовом производстве – специальные станки автоматы агрегатные станки и автоматические линии.
Для обработки данной детали применяются:
Машина для литья под давлением Kurtz AL18-12
Печь ПКМ 18.18.8125М;
Обрабатывающий центр NG-250;
Координатно-шлифовальный станок с ЧПУ КШ-320;
Для перемещения заготовок принимается:
промышленный робот модели СМ40Ф2.08.01.
Для контроля размеров и геометрии принимается:
КИМ с ЧПУ CRYSTA-APEX серии S1200 Mitutoyo
Технические характеристики оборудования приведены ниже.
Kurtz AL18-12 SO применяется для промышленного применения для литья алюминия и других сплавов.
Таблица 4.1 – Технические характеристики машины для литья под давлением Kurtz AL18-12 SO
Размер поверхности зажима между колоннами мм
мощность нагревательных элементов кВт
Особенностями конструкции литьевой машины Kurtz AL18-12 SO являются:
Поворотные тяги сердечника
Инновационная технология соединения для быстрой замены пресс-форм и кратчайшего времени обслуживания
Чрезвычайно низкие затраты на техническое обслуживание
Регулирование низкого давления с помощью пропорциональной технологии
Взаимозаменяемая система обогрева
Рисунок 4.1 – Вид общий машины для литья под давлением Kurtz AL18-12 SO
Печь ПКМ 18.18.8125М предназначена для термической обработки металлов и сплавов.
Технические характеристики предствалены ниже.
Таблица 4.2 – Технические характеристики печи ПКМ 18.18.8125М
Основные технические характеристики
Габаритные размеры мм Д-Ш-В
Размеры рабочего пространства мм Д-Ш-В
Температура максимальная oС
Рисунок 4.2 – Вид общий печи ПКМ 18.18.8125М
Станок токарный с ЧПУ NG-250 (типа обрабатывающий центр) предназначен для проведения широкого спектра фрезерных и токарных работ. Технические характеристики приведены ниже.
Таблица 4.3 – Технические характеристики станка NG-250
SIEMENS SINUMERIK 840 D
Макс. O над станиной
Отверстие в шпинделеO
Перемещение револьвера X Z
Инструментальных мест в револьвере 12
Приводных инструментов в револьвере 12
Скорость рабочей подачи. XZ
Ускоренная подача XZ
Задняя бабка: конус пиноль
С- ось с дискретностью
Суммарная мощность станка
Габариты станка ДхШхВ
Рисунок 4.3 – Вид общий станка NG-250
Таблица 4.4 – Технические характеристики станка КШ-320
Пределы частот вращения шпинделя MinMax обмин.
Рисунок 4.4 – Общий вид станка КШ-320
2 Выбор средств механизации загрузки и разгрузки оборудования
Для автоматизации загрузки и разгрузки станков в линии изготовления детали я предлагаю использовать промышленный робот модели СМ40Ф2.08.01.
Промышленный робот с программным управлением модели СМ40Ф2.08.01 предназначен для загрузкиразгрузки деталей типа тел вращения в станках. Обширная рабочая зона площадью более 30 м2 позволяет обслуживать группу станков при линейном или линейно-параллельном (в два ряда) расположении. Привод промышленного робота - электрогидравлический шаговый. Система координат - угловая. Промышленные роботы комплектуется быстросменными широкодиапазонными самоцентрирующими захватными устройствами. Имеется специальный датчик для определения положения заготовок на позициях вспомогательных устройств. Для автоматизации загрузки и разгрузки станков в автоматической линии я предлагаю использовать промышленный робот СМ40Ф2.80.01.
Техническая характеристика промышленного робота СМ40Ф2.80.02. Грузоподъемность 40 кг; число захватных устройств 2; наибольший диаметр и длина транспортируемых заготовок соответственно 250 и 1200 мм; максимальные линейные перемещения 1900 мм; углы поворота плеча и локтя 90° кантования захватного устройства 180°; максимальная скорость перемещений рабочих органов: каретки 08 мс; плеча и локтя 06 мс кантования захватного устройства 05 мс.
Система управления - позиционная типа УПМ-331. Число управляемых от устройства ЧПУ координат (всегоодновременно) 32; программирование происходит методом обучения. Точность позиционирования ±100 мм. Программоноситель – накопитель на магнитной ленте с объемом хранимой информации 600 Кбит. Имеется цифровая индикация номера зоны и номера кадра а также световая сигнализация.
Основные механизмы движения и кинематика. Промышленный робот СМ40Ф2.80.01 (рисунок 4.5) имеет портальную компоновку. Опорная система 1 представляет собой траверсу состоящую из двух секций монорельс длиной 6000 мм каждая закрепленную на трех колоннах. К траверсе крепятся рельсы прямоугольного сечения по которым перемещается каретка 2. Две группы роликов (каждая из трех штук) охватывают верхний рельс и пара роликов опирается с боков на нижний рельс. К базовой поверхности каретки крепятся руки и гидропанель. Руки выполнены сварными и состоят из плеча 3 и локтя 4. На базовый фланец локтя устанавливается головка 5 робота на переднем конце шпинделя которой имеется байонетный зажим для крепления захватного устройства.
Рисунок 4.5. – Общий вид и рабочая зона промышленного робота СМ40Ф2.80.01
3 Выбор средств контроля
Контрольные операции в машиностроении занимают большой объем работ. Множество контролеров проверяют заготовки полуфабрикаты готовые детали и изделия чтобы не допустить бракованную продукцию на последующие операции или к потребителю изделия. Автоматизация контроля не только уменьшает необходимость в контролерах но позволяет стабильно выполнять все запрограммированные действия по проведению контроля и более тщательно проверять контролируемые параметры (размеры форму и др.) деталей и изделия в целом.
Контроль – это одна из действенных форм борьбы за улучшение качества изделий в соответствии с его основными функциями – профилактикой брака при изготовлении изделий и предотвращением выпуска бракованной продукции. Организационно-технический контроль может быть классифицирован:
-по назначению: проверка линейных размеров формы шероховатости поверхности физико-механических и химических свойств деталей взаимного расположения и качества соединения деталей в сборочных единицах (соблюдение требуемых зазоров натягов и т.п.) выполнения функциональных параметров изделия и т.п.;
-по количеству измеряемых изделий: на сплошной и выборочный;
-по количеству контрольных операций: на пооперационный и окончательный;
-по степени автоматизации: на ручной механизированный и автоматизированный;
-характеру влияния на технологический процесс: на активный и пассивный;
-способу измерения: на прямой косвенный комбинированный.
КИМ серии CRYSTA-APEX S являются высокопроизводительными привлекательными по цене машинами.
Они предоставляют следующие преимущества:
Машина изготовлена из материалов малой плотности и структура машины инновационна и позволяет сохранить высокую стабильность при перемещениях а также точность и удобство в эксплуатации.
Функция температурной компенсации (от 16°C до 26°C) позволяет проводить точные измерения даже в цеху при перепадах температур.
Технологии совместимости с видео- и сканирующими головками предоставят возможности гибких и эффективных измерений.
Таблица 4.6 – Технические характеристики КИМ серии CRYSTA-APEX S
Габаритные размеры мм
Допустимая нагрузка на стол кг
Наибольший размер измеряемой детали мм
Рисунок 4.6 – Вид общий КИМ серии CRYSTA-APEX S
4 Проектирование автоматический линии для обработки детали
Автоматической линией называется система станков технологических агрегатов и вспомогательных устройств автоматически осуществляющих определенную последовательность ряда технологических операций без участия операторов. Наладчики автоматических линий лишь периодически контролируют работу оборудования и подналаживают его а также загружают заготовки в начале автоматической линии и снимают в конце.
Изложенная на листе графической части автоматическая линия устроена следующим образом. Машина для литья под давлением (поз. 1) производит получение заготовки промышленный робот-манипулятор (поз. 2) уладывает полученную заготовку в накопитель (поз. 10). После этого заготовка с помощью робота укладывается в рабочее пространство печи (поз. 3) где происходит термообработка заготовки (отжиг) процесс нагрева и охлаждения автоматизирован с помощью систем ПИД-регуляции.
Термообработанные заготовки укладываются робот на накопитель входных заготовок (поз. 4) а после этого перемещаются обрабатывающий центр (поз. 6) для механической обработк резанием. После механической обработки роботом манипулятором заготовка укладывается в накопитель выходных заготовок (поз. 5). Далее проводится обработка на станке шлифовальном с ЧПУ (поз. 7). Окончательной стадией является проверка геометрических размеров и макро- и микрогеометрических отклонений заготовки на КИМ (поз. 8) В случае удовлетворения реальных измерений тредованиям документации робот манипулятор снимает заготовку со стола КИМ и укладывает ее на стеллаж обработанных деталей (поз. 9) откуда детали транспортируются на узловую сборку с помощью цехового транспорта проезжающего на территорию участка через цеховой проезд.
Технологический процесс на участке выполняемый на автоматической линии автоматизирован полностью контроль процессом ведется с помощью компьютеров и пультов из бюро управления.
В ходе работы был разработан автоматизированный технологический процесс изготовления детали типа “Тормозной диск” в частности было выбрано технологическое оборудование для различных механических операций подобраны средства механизации цеховых погрузочно-разгрузочных работ выбрано контрольно измерительное оборудование спроектирована автоматизированная линия по производству деталей включающеая в себя описанные виды средства оснащения.
Была изучена геометрия самой детали и разработанный автоматизированный технологический процесс учитывает требования предъявляемые к ней. Также технологический растёт учитывает условия работы отдельных конструктивных элементов детали и условия их работы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Справочник Технолога-машиностроителя : в 2 т. под ред. А. Г. Косиловой Р. К. Мещеряковой - Т. 2. - М. : машиностроение 1985. - 496 с.
Цырлин М. И. Основные требования к оформлению пояснительных записок курсовых и дипломных проектов (работ): учеб.-метод. пособие М. И. Цырлин; М-во образования Респ. Беларусь БелГУТ. - 2-е изд. доп. - Гомель: БелГУТ 2007.-31 с.
Ржавинский В.В. Технология машиностроения (специальная часть) В.В Ржавинский – М. Машиностроение 1973 448 с.
Каменичный И. С. Краткий справочник технолога-термиста. – Рипол Классик 2013.
Металлорежущие станки. Учеб. Пособие для втузов Н.С. Колев Л.В. Красниченко Н.С. Никулин и др. 2-е изд. перераб. И доп. М.: Машиностроение 1980. 500 с. ил.
Бобров В.П. Чеканов Л.И. Транспортные и загрузочные устройства автоматических линий – М.: Машиностроение 1980. – 119 с.
Камышный Н.И. Автоматизация загрузки станков– М.: Машиностроение 1977. – 228 с.
Бляхеров И.С. Варьяш Г.М. Автоматическая загрузка технологических машин: Справочник – М.: Машиностроение 1990. – 400 с.
Харченко А.О. Станки с ЧПУ и оборудование гибких производственных систем: Учебное пособие для студентов вузов. – К.: ИД "Профессионал" 2004. - 304 с.
Соболев М.П. Этингоф М.И. Автоматический размерный контроль на металлорежущих станках. – Смоленск: «Ойкумена» 2005. - 300с.

ТП АПП усоверщенствован.frw

Обрабатывающий центр
Координатно-шлифовальный
КИМ с ЧПУ CRYSTA-APEX
серии S1200 Mitutoyo
Автоматическая линия

ТП АПП.frw

Цех механической обработки
Отдел технического контроля

План цеха.cdw

-подключение электроэнергии
Наименование оборудования
Машина для литья под давлением
Накопитель входных заготовок
Обрабатывающий центр с ЧПУ
Станок шлифовальный с ЧПУ
Контрольно-измерительная машина
Стеллаж обработанных деталей
Планировка автоматической линии
по производству тормозных дисков
Условные обозначения
-щит по технике безопасности
Участок производства тормозных колодок