Дипломная (вкр): Автоматизация производства механизма смены увеличения визира оптического устройства

Указываем точку вставки детали «Ось». Точку вставки можно указать в окне сборки произвольно или используя привязку (например, к началу координат или к вершине). Начало координат детали совмещается с указанной точкой вставки, направление осей его системы координат совпадет с направлением осей системы координат текущей сборки. Так как вставленный компонент - первый в сборке, он автоматически фиксируется в том положении, в котором был вставлен. Зафиксированный компонент не может быть перемещен в системе координат сборки.

2.4 Последовательность создания сборочной единицы «Винт» механизма смены увеличения

После того, как разработаны модели всех деталей сборочных единиц винта, создается контрольная сборка методом «Снизу-вверх».

Ниже представлены следующие сборочные единицы: кронштейн, кольцо, колесо зубчатое, упор, гайка, винт, подшипник, из которых состоит готовая модель узла «Винт».

2.5 Создание разнесенной модели сборочной единицы

Компоненты сборки отделяют друг от друга, чтобы зрительно просмотреть их взаимосвязи. Разнесение сборки позволяют просмотреть ее, когда компоненты отделены друг от друга. Эта функция оказывается полезной при разработке каталогов запасных частей. При разнесении сборки все взаимосвязи сопряжения сохраняются.

При пошаговом разнесении для каждого компонента или группы компонентов указываются направление и расстояние, на которое следует разнести детали.

Вид с разнесенными частями состоит из одного или нескольких шагов разнесения и хранится с конфигурацией сборки, в которой он создается. Каждая конфигурация содержит один вид с разнесенными частями (рисунок 2.23).

Последовательность создания разнесенной сборки:

-       открываем модель сборки;

-       для разнесения вида служит команда «Создать разнесенный вид». При ее вызове появляется диалоговое окно. Разнесенная сборка может быть создана автоматически или по отдельным шагам разнесения.

.6 Создание каталога сборки механизма смены увеличения визира оптического устройства

Каталог сборки - это справочное техническое пособие при изучении конструкции изделия, а также пособие при разборке и сборке узлов.

Каталог содержит развернутые иллюстрации сборочных единиц, деталей и стандартизированных изделий, сгруппированных по конструктивному и функциональному признаку.

В таблице указаны номера всех сборочных единиц и деталей, их количество на одну сборочную единицу и наименование. Обозначение оригинальных узлов и деталей соответствует единой системе.

Для создания каталога требуется видеть сборку в «разобранном» виде. Далее создается чертеж требуемого формата. На компактной панели выбираем «произвольный вид». На панели свойств нажимаем кнопку «разнесенный вид» и чертеж готов. Далее на ассоциативном чертеже проставляем позиции и создаем таблицу, где указаны позиция, обозначение, наименование детали и количество.

3. Автоматизированная разработка конструкции механизма смены увеличения визира оптического устройства

Конструкторская разработка с применением САПР заключается в проектировании изделия, а также создании полного комплекта документации на него (деталировочные и сборочные чертежи, спецификации). Использование компьютеров повышает производительность труда инженера-конструктора за счет того, что вычислительная техника берет на себя решение нетворческих задач и освобождает человека для решения сложных задач. Таким образом, ЭВМ не подменяет человека, а служит средством подъема творческого уровня его труда.

В системе «Компас-3D» имеется возможность создания ассоциативных чертежей трехмерных моделей. В нем создаются выбранные нами ассоциативные виды трехмерной модели (детали или сборки):

-       стандартный вид (спереди, сзади, сверху, снизу, справа, слева);

-       вид модели;

-       проекционный вид (вид по направлению, указанному относительно другого вида);

-       вспомогательный вид;

-       разрез / сечение (простой, ступенчатый, ломаный);

-       местный вид;

-       вырыв детали;

-       линия разрыва;

-       обрезанный вид;

-       наложенный вид.

Рассмотрим создание чертежа детали «Кронштейн» (рисунок 3.1). Ассоциативная связь проявляется в следующем: если изменяется модель детали, то изменяется её чертеж.

Изображение формируется в обычном чертеже «Компас-3D». Открывается лист чертежа и настраивается для данной детали (формат, ориентация). В нем создаются ассоциативные виды трехмерной модели с помощью команд «Компоновка - Создать вид с модели - Стандартные». На экране появляется фантом изображения, масштаб которого можно настроить.

Чтобы настроить параметры вида, в котором будет размещаться изображение, нажимаем кнопку «Параметры вида» на специальной панели управления. Указываем видимость линий переходов и невидимых линий, делаем разрезы. Заключительным этапом формирования чертежей является простановка размеров. Далее вводим технические требования и обозначения в основную надпись.

Аналогично создаются остальные чертежи сборки и деталей.

Таким образом, была разработана конструкторская подготовка производства механизма смены увеличения. Сформирован полный комплект конструкторской документации (чертежи деталей и сборочных единиц, спецификации, каталоги) с использованием САПР.

Комплект конструкторской документации представлен в приложении 1.

4. Автоматизированный инженерный анализ элементов конструкции механизма смены увеличения

Имитационное моделирование - это метод исследования, основанный на том, что изучаемая система заменяется моделью и с ней проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе. Экспериментирование с моделью называют имитацией (имитация - это постижение сути явления, не прибегая к экспериментам на реальном объекте).

Имитация в САПР - наблюдение за функционированием объекта с целью нахождения его рациональных параметров до его изготовления. Различают кинематическую и динамическую имитацию.

Кинематическая имитация дает возможность предсказать поведение сложных механизмов сборок и изделий во время процесса проектирования.

Динамическая имитация позволяет проверять долговечность конструкции, действие прикладываемых сил, вибрацию, потерю устойчивости и поведение при применении температурных нагрузок на отдельные компоненты и сборки.

В практике расчетов используют как аналитические, так и численные методы расчета прочностной надежности. Надежностью называют свойство изделия выполнять свои функции в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Прочностной надежностью называют отсутствие отказов, связанных с разрушением или с недопустимыми деформациями.

Имитационное исследование элементов конструкции изделия, до ввода в производство, необходимо для отработки конструкции на технологичность и безопасность, с последующим ее изменением. Имитационные исследования экономят огромные материальные средства, повышают качество изделий в процессе эксплуатации. С появлением ЭВМ и систем инженерного анализа стало возможным создание математической модели, имитирующей связанные процессы деформирования деталей, изменения параметров нагружения, кинетики теплового состояния, развития повреждений.- программный комплекс САПР для автоматизации работ промышленного предприятия на этапах конструкторской и технологической подготовки производства. Обеспечивает разработку изделий любой степени сложности и назначения.позволяет решать следующие задачи:

-       линейный статический анализ;

-       определение собственных форм и частот колебаний;

-       расчет критических сил потери устойчивости;

-       тепловой анализ;

-       статический анализ в нелинейной постановке задачи;

-       расчет долговечности конструкции;

-       расчет падения конструкции на абсолютно жесткую поверхность;

-  анализ сосудов давления (процедура линеаризации напряжений, предусмотренная нормативами при проектировании сосудов давления);

-       нелинейный динамический анализ;

-       оптимизация параметров конструкции.

При определении напряженно-деформированного состояния системы наиболее часто используется линейная постановка при неизменных нагрузках (линейная статика). SolidWorks позволяет работать как с деталями, так и со сборками. При этом для сборочных узлов существует возможность применять различные типы контактных условий, что обеспечивает проведение того или иного вида анализа с различной точностью.

Поддержка конфигураций SolidWorks позволяет более гибко подходить к процессу проведения численных испытаний. Есть возможность сравнивать результаты, полученные в SolidWorks, и данные реального физического эксперимента. Таким образом, можно корректировать расчетную модель для увеличения достоверности результатов.

В пошаговом режиме произведем процесс создания расчетной модели и анализа результатов для зубчатого колеса. Для расчета необходимо открыть в SolidWorks файл с моделью детали «колесо зубчатое». После этого нужно разбить деталь на конечные элементы. Для этого закрепляем деталь (устанавливаем на нужных поверхностях жесткие зацепления), расставляем силы (распределенная нагрузка и приложенное усилие). В данном расчете приведен 1 вариант приложенных нагрузок.

-       Создаем модель SolidWorks.

-       Выбираем тип анализа - Статический.

-  Назначаем материал. В соответствии с чертежом выбираем Сталь 35 ГОСТ 1050-88.

-       Назначаем кинематические граничные условия. В нашем случае это фиксация указанных на рисунке поверхностей.

-       Задаем нагрузки. К указанным поверхностям вилки прикладываем силу.

-       Из контекстного меню вызываем команду построения сетки. Строим сетку с параметрами по умолчанию.

-       Запускаем расчет командой «Выполнить».

В случае удачного расчета в менеджере появляется папка Результаты.

Максимальное напряжение не превышает допустимого, а максимальная деформация не критична.

Применение программного расчета, реализующего конечно-элементный метод, в данном случае наиболее эффективно и оправдано.

5. Автоматизированная разработка технологии изготовления механизма смены увеличения

Технологический процесс - это все действия по изменению геометрической формы, размеров, внешнего вида, внутренних свойств объектов производства, их контролю, транспортированию, складированию, маркировке, удалению отходов производства, замене инструментов и приспособлений. При разработке ТП создаются модели, которые являются сокращенными их описаниями в технологических картах[18].

5.1 Описание конструкции и назначения детали

Деталь, разрабатываемая в дипломном проекте - Колесо зубчатое АЛ8.413.494, является составной частью сборочной единицы «Винт» механизма смены увеличения.

Зубчатое колесо - это основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической поверхности, которые входят в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. Данное зубчатое колесо изготовлено с ласточкиным хвостом на передней поверхности.

5.2 Технологический контроль чертежа

На чертеже есть все проекции, разрезы, совершенно четко и однозначно объясняющие её конфигурацию и возможные способы получения заготовки. Но так как отклонения, указанные на чертеже, устарели и требуют редактирования, данный чертеж не соответствует действующим на сегодняшний день стандартам. После корректировки чертежа, указаны все размеры с необходимыми отклонениями и требуемая шероховатость обрабатываемых поверхностей. Чертеж содержит все необходимые сведения о материале детали. Рабочий чертеж соответствует действующим на сегодняшний день стандартам.

5.3 Анализ технологичности конструкции детали

Основной задачей анализа является проработка технологичности конструкции обрабатываемой детали, снижение трудоёмкости, возможность обработки высокопроизводительными методами.

Технологический анализ конструкции обеспечивает улучшение технико-экономических показателей разрабатываемого технологического процесса. Поэтому технологический анализ - один из важнейших этапов технологической разработки, в том числе и дипломного проектирования. Улучшение технологичности конструкции позволяет снизить себестоимость ее изготовления без ущерба для ее служебного назначения.

Основные конструктивные требования к деталям типа рычаг являются точность диаметральных размеров, концентричность наружных и внутренних рабочих поверхностей, параллельность торцов. Относительно данного рычага основные конструктивные требования выполняются.

Размеры отверстий, указанные на чертеже, могут вызвать трудности в изготовлении детали. В целом, деталь достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, имеет годные базовые поверхности для первоначальной операции.

5.4 Выбор метода изготовления и формы заготовки

Метод выполнения заготовок для деталей машин определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления. Иногда целесообразно сопоставить два возможных способа получения заготовки, выбрав оптимальный вариант.

Рассмотрим два варианта получения заготовки для детали. Для данной детали подходит штамповка и прокат.

Общие исходные данные:

Материал детали: сталь 45

Масса детали: 0,005 кг

Годовая программа: N = 300 штук.

Данные для расчетов стоимости заготовки по вариантам

Исходные данные необходимые для выбора вида заготовки и способа ее получения:

материал заготовки - Сталь 45 ГОСТ 1050-74;

плотность материала - 7859 кг/м³;

масса детали, кг - 0,005 кг;

годовая программа - 300 шт.

Наиболее верным решением - это получение заготовки двумя методами - из стандартного круглого проката или штамповкой (ковкой на ГКМ). Рассмотрим себестоимость получения заготовки из проката. Прокат может применяться в качестве заготовки для непосредственного изготовления деталей либо в качестве исходной заготовки при пластическом формообразовании.

Специальный прокат применяется в условиях массового или крупносерийного производства, что в значительной степени снижает припуски и объем механической обработки. Стоимость заготовок из проката определяем по формуле (1):

S_заг=М+åС_о.з., руб.                                             (1)

где М - затраты на материал заготовки, руб.;

åС_о.з - технологическая себестоимость операций правки, калибрования прутков, разрезки их на штучные заготовки определяется по формуле (2):

С_о.з = (С_п.з∙Т_шт(ш-к))/60×100, руб.                                  (2)

где С_п.з - приведенные затраты на рабочем месте, коп/ч;

Т_шт(ш-к) - штучное или штучно калькуляционное время выполнения заготовительной операции (правки, калибрования, разгрузки и др.)

По данным приведенные затраты, приходящиеся на 1 ч работы оборудования, имеют следующие значения:

резка заготовок на отрезном станке, работающих ленточным ножовочным полотном 2360х19х0,9, руб./час   280,2.

правка на автоматах, руб./ч 20…25.

Затраты на материал определяются по массе проката, требующегося на изготовление детали, и массе сдаваемой стружки. При этом необходимо учитывать стандартную длину прутков и отходы в результате не кратности длины заготовок этой стандартной длине формула (3):

         руб.                              (3)

где Q - масса заготовки, кг;- цена 1 кг материала заготовки, руб.;- масса готовой детали, кг;_отх - цена 1 т отходов, руб.

Данную формулу можно преобразовать в следующий вид формула (4):

руб.                              (4)

где Q_мет - масса металла на изготовление партии деталей, кг;

Q_дет - масса партии деталей, кг.

В качестве заготовки используем сортовой фасонный прокат: круг горячекатаный по квалитету h14, ГОСТ 2590-88. Диаметр проката назначаем Æ21 мм. Стандартный прокат поставляется длиной l = 4 м.

Определим стоимость материала, необходимого на изготовление партии заготовок.

Заготовка нарезается штучно из стандартного проката длиной l = 12 мм (предусмотрен припуск на чистовую подрезку и шлифовку торцев по 2,0 мм на сторону). Толщина пропила L_п = 0,9 мм.

Определим число заготовок из одного прутка длиной l = 4 м:

N = 4000 / (12+0,9) =310,1 принимаемN = 310 шт.

Для изготовления партии необходимо следующее количество прутков, определяемое по формуле(5):

Z = N/n                                                      (5)

Z = 310/300 = 0,97

Для изготовления партии деталей необходимо Z = 1 пруток.

Общая масса металла, требуемая для изготовления партии деталей формула (6):

Q_мет= (p∙D²∙l_å∙r)/4, кг,                                        (6)

где D - диаметр проката, м;

l_å = l×Z - общая длина проката, м;

r = 7858 кг/м³ - плотность металла.

Получаем:

Q_мет= (p∙0,021²∙ (4∙1) ∙7858)/4 = 10,3

Определим общую массу партии деталей.

Масса деталей партии определяется по формуле (7):

Q_дет = Q∙N = 300∙0,005 = 1,5, кг                                 (7)

Масса отходов (концевые, стружка) определяется по формуле (8):

Q_отх = Q_мет - Q_дет = 10,3 - 1,5=8,8, кг                                    (8)

Стоимость тонны материала (Сталь 45 ГОСТ 1050-74) S = 29780 руб.

Стоимость тонны стружки S_отх = 2879 руб. Стоимость определяется по формуле (9):

, руб.                                   (9)

(10,3 ∙29780)/1000 - (8,8∙2979)/1000 = 280,5, руб.

Стоимость материала на одну деталь определяется по формуле (10):

М₁=280,5/300 = 0,935, руб.                              (10)

Стоимость получения заготовки (технологическая себестоимость) включает в себя стоимость отрезки на станке ленточнопильном станке по формулам (11), (12), (13):

Т_шт= 0,15∙21²∙10^-3 = 0,07, мин                                    (11)

С_о.з.= (280,2∙0,07)/60 = 32,69, руб.                   (12)

Стоимость заготовки из проката определяется по 13 формуле:

S_пр= 0,935+32,69 = 33,625, руб.                       (13)

Стоимость заготовок, получаемых таким методом, как ковка на ГКМ, а также электровысадкой, можно с достаточной точностью определить по формуле (14):

S²_заг= ((Сi×Q_з×k_t×k_c×k_b×k_m×k_n)/1000) - (Q_з-Q) S_отх/1000   , руб.                   (14)

где Сi - базовая стоимость 1т заготовок, руб.;

k_t, k_c, k_b, k_m, k_n - коэффициенты зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства заготовок.

Стоимость кованых заготовок (полученных на молотах, прессах, ГКП и электровысадкой) определяется следующим образом. За базу принимаем стоимость 1 тоны поковок С = 45000 руб. (поковки из конструкционной углеродистой стали массой 0,2…4 кг., нормальной степени точности по ГОСТ 7505-73, 2^й группы сложности, 2-й группы серийности. Коэффициенты: k_t = 1 коэффициент зависящий от точности; k_c = 0,6; k_b = 1,33; k_m = 1,2 коэффициент материала; k_n = 1,2; Масса заготовки Q_заг= 0,43 кг.

Стоимость заготовки получаемой на ГКМ определим исходя из себестоимости:

S_ков = 51,7 руб.

Таким образом, получается, что стоимость одной заготовки из проката дешевле, чем заготовка получаемая штамповкой примерно в 1,5 раза.

5.5 Разработка технологического маршрута обработки детали

Технологический процесс записывается пооперационно, с перечислением всех переходов.

Основные операции при изготовлении детали следующие:

заготовительная;

токарная;

фрезеровальная;

зубонарезная;

сверлильная;

термическая;

шлифовальная.

Заготовительная операция состоит из разрезки стандартного проката на штучные заготовки.

. Токарная операция:

точить поверхность D=5,5 мм на расстояние 1,6 мм;

точить поверхность D=19 мм на расстояние 2 мм;

точить поверхность D=8 мм на расстояние 4,4 мм;

точить поверхность D=12 мм на расстояние 2 мм.

сверлить центральное отверстие, зенкеровать центральное, использовать развертку.

. Фрезерование поверхность на расстояние 6,4 мм.

. Сверлим отверстие D=1,3 с нарезанием резьбы М2-6Н.

. Термообработка;

. Зубонарезная операция.

.6 Расчет припуска на обработку

Расчет припуска выполняем по методу Кована для одного размера, определяющего форму заготовки - 19h10 Расчеты приведены в таблице 5.1.

Величина припуска рассчитывается по формуле (15):

Z_min = z∙ (R_z + T) + ρ + ε,                                             (15)

где R_z - высота неровностей поверхности;

Т - величина дефектного слоя;

ρ - пространственные отклонения технической базы обрабатываемой поверхности;

ε - погрешности базирования и закрепления.

Получим:

Z_min = 2*(150+150) + 300 + 300 = 1,2, мм

Z_max = 2*300 + 2000 = 2,6, мм

Таблица 5.1 - Расчеты припусков на обработку

5.7 Выбор типа производства

Определение типа производства, формы его организации производим по базовому технологическому процессу. Тип производства по ГОСТ 3.1108-88 характеризуется коэффициентом закрепления операций К_з.о., который показывает отношение всех различных технологических операций, выполняемых или подлежащих выполнению подразделением в течении месяца, к числу рабочих мест.

Тип производства выбираем по таблице 5.2 в зависимости от массы детали, m = 0,007 кг и годовой программы выпуска N_г = 300 шт.

Таблица 5.2 - Зависимость типа производства от объема выпуска и массы детали

Исходя из справочных данных, выбираем мелкосерийное производство. Технологические особенности серийного производства изменяются в зависимости от номенклатуры, трудоемкости и количества изделий в партии деталей. При серийном производстве обычно применяются универсальные, специальные станки, станки с ЧПУ и другие металлорежущие станки.

5.8 Предварительное нормирование операций

Нормирование выполняем с учетом производительности, методов обработки и величины снимаемого припуска, используя приближенные формулы. Нормирование времени является важной составляющей любой операции и рассчитывается несколько раз. В данном пункте расчет предварительный, которой в последующих пунктах будет уточняться. Это нормирование времени является предварительным, расчеты представлены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 - Определение основного времени

Штучно-калькуляционное время определяем по формуле (16):

Т_ш.к.=φ_к * Т_о, мин,                                                        (16)

где j_к-коэффициент, учитывающий вспомогательное и дополнительное время.

Результаты заносим в таблицу 5.4.

Таблица 5.4 - Штучно-калькуляционное время

5.9 Выбор типового оборудования и типовых универсальных приспособлений

В данном пункте представлен выбор типового оборудования (таблица. 5.5.), и выбор режущего и мерительного инструмента (таблица. 5.6).

Таблица 5.5 - .Выбор оборудования

Таблица 5.6 - Выбор режущего инструмента и средств измерения

Определение типа производства, формы его организации производим по базовому технологическому процессу. Тип производства по ГОСТ 3.1108-88 характеризуется коэффициентом закрепления операций К_з.о., который показывает отношение всех различных технологических операций, выполняемых или подлежащих выполнению подразделением в течении месяца, к числу рабочих мест формула (17).

К_зо=SП_о/Р_я                                                (17)

где SП_о-суммарное число различных операций;

Р_я - явочное число рабочих подразделений, выполняющих различные операции.

На основании данных рассчитывается годовая программа. Располагая штучным или штучно-калькуляционным временем, затраченным на каждую операцию, определяют количество станков формула (18):

_p = N×T_шт/ 60 ×F_д×К_зн, штук,                                (18)

где N = 300 штук - годовая программа;

Т_шт - штучное время, мин;

F_д - годовой фонд работы оборудования (F_д=3904 часа.);

h_{з.н -} нормативный коэффициент загрузки оборудования (0,8…0,9);

Для расчётов принимаем h_з.н= 0,85.

Данные расчётов приведены в таблице 5.7.

Таблица 5.7 - Нормирование времени

Общее время обработки детали составляет 8,27 мин.

Штучно-калькуляционное время определяется по формуле (19):

Т_ш-к=Т₀∙ϕ_к, мин,                                         (19)

где ϕ_к - коэффициент штучно-калькуляционного времени.

. Токарная Т_ш-к=2,71 ∙ 1.36=3,69 мин

. ФрезернаяТ_ш-к=3,16 ∙ 1.36=4,3 мин;

. ШлифовальнаяТ_ш-к=0.92 ∙ 1.36=1,25 мин;

. СверлильнаяТ_ш-к=1.28 ∙ 1,3=1,66 мин;

. Резьбонарезная Т_ш-к=0.2 ∙ 1.55=0,31 мин;

При разработке структуры автоматического производственного комплекса необходимо знать потребное количество основного и вспомогательного оборудования для обеспечения заданной программы выпуска деталей. Определить количество основного оборудования, включаемого в автоматический комплекс, можно исходя из ритма - времени между выпуском двух деталей по формуле (20):

R= Ф₀ ∙ k ∙ 60/Q, мин,                                        (20)

где Ф₀ - действительный годовой фонд времени, Ф₀=3725 ч.;

k - коэффициент использования оборудования, k=0.9;

Q - заданная годовая программа, Q=10000 шт.

R=3725∙ 0.9 ∙ 60/10000 = 20.115, мин

Количество оборудования рассчитывается по формуле (21):

m= Т_ш/, шт.                                                        (21)

.        Токарная……………………..m= 0.13

.        Фрезерная………………… m= 0.16

.        Сверлильная m= 0.06

.        Шлифовальная: m= 0.05

.        Резьбонарезная: m= 0.1

На каждую операцию примем количество станков =1.

5.10 Выбор средств измерения

Выбираем средства измерения и контроля размеров в зависимости от типа производства, величины допуска контролируемого параметра для каждой операции и заносим в таблицу.

Таблица 5.8 - Выбор средств измерения