ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАНКОВ С ЧПУ

ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ

УДК 621.914

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАНКОВ С ЧПУ

А.С. Сметанина, А.В. Анцев

В статье рассмотрен технологический процесс изготовления корпусной детали на универсальном оборудовании и составлен технологический процесс для ее изготовления с применением высокопроизводительного обрабатывающего центра с ЧПУ. Представлена визуализация процесса обработки, полученная с помощью CAM-системы. Произведен сравнительный анализ норм времени изготовления детали на универсальном оборудовании и высокопроизводительном обрабатывающем центре с ЧПУ.

Ключевые слова: технологический процесс, корпусная деталь, операция, трудоемкость, эффективность, обрабатывающий центр с ЧПУ.

Автоматизация производственных процессов - неотъемлемая часть любого современного конкурентоспособного предприятия. В производство достаточно часто внедряется автоматизированное оборудование, работающее без непосредственного участия человека и значительно облегчающее труд рабочего, что позволяет сократить трудоемкость производственного процесса, увеличить производительность труда, снизить себестоимость выпускаемой продукции [1-3]. При этом также есть случаи, когда внедрение автоматизированного оборудования является экономически неэффективным [4, 5], поэтому оценку влияния повышения автоматизации производственных процессов необходимо проводить в каждом конкретном случае. Рассмотрим наглядный пример изготовления детали корпусного типа на универсальном и автоматизированном оборудовании для сравнения трудоемкости и экономической эффективности ее изготовления.

В качестве изготавливаемого изделия возьмем типовую деталь корпусного типа «Колодка» (рис. 1).

Заготовкой является полоса размером 25х70х250 мм из которой изготавливается 5 деталей. В качестве материала для изготовления детали используется сталь марки 30ХГСА.

Сталь 30ХГСА относится к классу легированной конструкционной стали. Она была создана для нужд авиации, но благодаря отличным характеристикам быстро перешла в разряд популярных материалов в машиностроении. Химический состав стали 30ХГСА выглядит так: от 0,28 до 0,34 % углерода, от 0,9 до 1,2 % кремния, от 0,8 до 1,1 % марганца, не более 0,3 % никеля, не больше 0,025 % серы, менее 0,025 % фосфора, от 0,8 до 1,1 % хрома и менее 0,3 % меди [6].

2

Рис. 1. ЗБ-модель детали «Колодка»

Используемый ранее технологический процесс изготовления детали «Колодка» включал следующее универсальное оборудование: станок вертикально-консольный ВМ127М; плоскошлифовальный станок ПШ-30540; координатно-расточной станок 2А430; вертикально-фрезерный станок 654.

Указанное оборудование имеет ряд недостатков: низкая производительность, высокие требования к квалификации рабочих, небезопасные условия труда. Большую часть операций можно перевести на высокопроизводительные обрабатывающие центры с числовым программным управлением (ЧПУ).

Технологический процесс изготовления детали приведен в табл. 1. Конструкция детали позволяет изготавливать ее на высокопроизводительном обрабатывающем центре с ЧПУ, благодаря чему сокращается штучное время изготовления детали за счет уменьшения транспортных операций, сокращения вспомогательного времени, а также увеличения скорости резания.

Таблица 1

Последовательность операций изготовления детали «Колодка» _на универсальном оборудовании__

Номер операции Наименование операции Наименование перехода Оборудование

005 Заготовительная 1. Отрезать заготовку в размер -

010 Контроль 1. Контроль марки материала -

015 Фрезерная 1. Фрезеровать заготовку в размер ВМ127М

020 Контроль 1. Контроль размера заготовки -

030 Термообработка 1. Закалить деталь -

035 Контроль 1. Контроль твердости -

040 Плоскошлифовальная 1. Шлифовать плоскости в размеры ПШ-30540

Окончание табл. 1

Номер операции Наименование операции Наименование перехода Оборудование

045 Координатно-расточная 1. Центровать отверстие 1 2. Сверлить отверстие 1 3. Развернуть отверстие 1 4. Переустановить заготовку 5. Центровать отверстия 2 и Э 6. Сверлить отверстия 2 и Э 7. Развернуть отверстие 2 и Э 2А4Э0

050 Разметка 1. Разметить деталь -

055 Фрезерная 1. Фрезеровать поверхность предварительно 2. Фрезеровать контур предварительно 3. Фрезеровать поверхность окончательно 4. Фрезеровать контур окончательно 5. Фрезеровать радиусы 6. Фрезеровать паз 654

060 Фрезерная 1. Фрезеровать поверхность предварительно 2. Фрезеровать контур предварительно 3. Фрезеровать поверхность окончательно 4.Фрезеровать контур окончательно 5.Фрезеровать радиусы 654

065 Фрезерная 1. Фрезеровать поверхность предварительно 2. Фрезеровать поверхность окончательно 654

070 Фрезерная 1. Фрезеровать поверхность предварительно 2. Фрезеровать поверхность окончательно 654

075 Контроль 1. Контролировать геометрические параметры детали -

080 Фрезерная 1. Центровать отверстие 4 2. Сверлить отверстие 4 3. Фрезеровать паз предварительно 4. Фрезеровать паз окончательно. 654

085 Координатно-расточная 1. Центровать отверстие 5 2. Сверлить отверстие 5 3. Зенковать отверстие 5 2А4Э0

090 Слесарная 1. Опилить острые кромки 2. Опилить радиусы -

095 Контроль 1. Контролировать геометрические параметры детали -

Наиболее подходящим автоматизированным оборудованием является обрабатывающий центр с ЧПУ фирмы То^а1 модели ТМУ-1050 QII [7]. Данный станок оснащен автоматической сменой инструмента, вследствие чего уменьшается вспомогательное время. Благодаря возможности использования специального приспособления - поворотного устройства -несколько операций можно выполнить за один установ. Также, благодаря широким возможностям станка, отпадает необходимость использования нескольких универсальных станков.

Разработанный технологический процесс изготовления детали «Колодка» с применением обрабатывающего центра ТМУ-1050 QII представлен в табл. 2.

На основании ЭБ-модели детали «Колодка» составлена управляющая программа для станка с ЧПУ. Программирование обработки детали производилась с помощью САМ-системы 8рги1;САМ компании СПРУТ-Технология. 8рги1;САМ позволяет моделировать процесс обработки детали,

а также показывает траекторию перемещения инструмента. В программе можно отследить зарезы и возможные столкновения частей оборудования. На рис. 2 представлена визуализация обработки детали «Колодка».

Таблица 2

Последовательность операций изготовления детали «Колодка» _с применением станка TMV-1050 All__

Номер операции Наименование операции Наименование перехода Оборудование

005 Заготовительная 1. Отрезать заготовку в размер -

010 Контроль 1. Контроль марки материала -

015 Фрезерная 1. Фрезеровать заготовку в размер ВМ127М

020 Контроль 1. Контроль размера заготовки -

030 Термообработка 1. Закалить деталь -

035 Контроль 1. Контроль твердости -

040 Плоскошлифовальная 1. Шлифовать плоскости в размеры ПШ-30540

045 Фрезерная с ЧПУ 1. Фрезеровать поверхность предварительно 2. Центровать отверстие 2 иЭ 3. Сверлить отверстие 2 и Э 4. Фрезеровать контур предварительно 5. Фрезеровать поверхность предварительно 6. Центровать отверстие 1 7. Сверлить отверстие 1 8. Фрезеровать контур с 2 сторон предварительно 9. Фрезеровать поверхности с 2 сторон предварительно 10. Фрезеровать паз предварительно 11. Фрезеровать поверхность предварительно 12. Фрезеровать контур окончательно 13. Фрезеровать поверхность окончательно 14. Фрезеровать контур с 2 сторон окончательно 15. Фрезеровать поверхности с 2 сторон окончательно 16. Фрезеровать паз окончательно 17. Фрезеровать поверхность окончательно TMV-1050 QII

050 Контроль 1. Контролировать геометрические параметры детали -

055 Фрезерная с ЧПУ 1. Центровать отверстие 4 2. Сверлить отверстие 4 3. Фрезеровать паз предварительно 4. Фрезеровать паз окончательно TMV-1050 QII

060 Фрезерная с ЧПУ 1. Центровать отверстие 5 2. Сверлить отверстие 5 3. Зенковать отверстие 5 TMV-1050 QII

065 Слесарная 1. Опилить острые кромки 2. Опилить радиусы -

070 Контроль 1. Контролировать геометрические параметры детали -

Благодаря используемой САПР были получены временные показатели выполнения операций на станке ТМУ-1050 QII, а с помощью нормировочных формул [8] установлены эти же показатели для универсального оборудования. Полученные данные сведены в табл. Э.

Рис. 2. Визуализация обработки детали

Таблица 3

Сравнительный анализ норм времени_

Технологический процесс Технологический процесс

на универсальном оборудовании с применением станка ТМУ-1050 QП

Наименование операции Тшт., мин Наименование операции Тшт., мин

1. Заготовительная 0 1. Заготовительная 0

2. Контроль 0 2. Контроль 0

3. Фрезерная 1,8 3. Фрезерная 1,8

4. Контроль 0 4. Контроль 0

5. Термообработка 0 5. Термообработка 0

6. Контроль 0 6. Контроль 0

7. Плоскошлифовальная 5,4 7.Плоскошлифовальная 5,4

8. Координатно-расточная 39,6 8. Фрезерная с ЧПУ 23,58

9. Разметка 0,48 9. Контроль 0

10. Фрезерная 5,16 10. Фрезерная с ЧПУ 12,18

11. Фрезерная 4,74 11. Фрезерная с ЧПУ 2,88

12. Фрезерная 3,36 12. Слесарная 3,6

13. Фрезерная 3,36 13. Контроль 0

14. Контроль 0

15. Фрезерная 4,26

16. Координатно-расточная 2,88

17. Слесарная 3,6

18. Контроль 0

Топер., мин 74,64 Топер., мин 49,44

Сокращение времени произошло за счет того, что при изготовлении детали с применением станка с ЧПУ количество операций сократилось с 18 до 13, отпала необходимость использования специального оборудования для некоторых операций. Суммарная трудоемкость изготовления детали с применением обрабатывающего центра ТМУ-1050 QII меньше на 25,2 минуты по сравнению с вариантом универсальной обработки. Таким образом, время изготовления одной детали сократилось на 33,76 %, что позволяет увеличить количество изготавливаемых изделий в день и значительно сокращает затраты предприятия: для партии из 1000 деталей при стоимости 1 нормо-часа работы равной 300 рублей экономия составит 126 000 рублей.

Список литературы

1. Даниленко Е.А., Ямников А.С. Применение вертикального обрабатывающего центра для обработки корпусных тонкостенных деталей // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 3. С. 371-375.

2. Андрияшина А.И. Оптимизация технологического процесса детали «Вилка» // Молодёжный вестник Политехнического института: сб. статей в 2 ч. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2020. С. 20-27.

3. Каневский Г.Н., Панышев Н.Н., Зимин М.Н. Технологический анализ производства деталей типа «Палец» // Современные парадигмы научных воззрений. СПб: ООО «Редакционно-издательский центр «КУЛЬТ-ИНФОРМ-ПРЕСС», 2016. С. 54-59.

4. Либерман Я. Л. Эффективность использования металлорежущих станов с ЧПУ // СТИН. 2009. № 10. С. 17-20.

5. Анищенко С.С. Рациональность внедрения деталей, с простой геометрической формой, на станок с ЧПУ // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. №1. С. 8-11.

6. Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С. А. Вяткин [и др]; под общ. ред. В.Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. 640 с.

7. Официальный сайт TONGTAI. Vertical Machining Center TMV-1050QII. [Электронный ресурс] URL: http://www.tongtai. com.tw/en/product-detail.php?id=213 (дата обращения: 03.07.2020).

8. Панов А. А. Обработка металлов резанием: справочник технолога. М.: Машиностроение, 1988. 736 с.

Сметанина Анастасия Сергеевна, магистрант, nastay.dogingamail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Анцев Александр Витальевич, канд. техн. наук, доцент, a.antsev@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

TECHNOLOGICAL ANALYSIS OF THE PRODUCTION EFFICIENCY OF BODY PARTS

USING CNCMACHINES

A.S. Smetanina, A. V. Antsev

The article discusses the technological process of manufacturing a body part on universal equipment. The technological process for body part production using a highperformance CNC machining center is designed. The visualization of the machining process obtained using the CAM system is presented. A comparative analysis of the time norms for the production of a part on universal equipment and high-performance CNC machining center is made.

Key words: technological process, body part, operation, labor intensity, efficiency, CNC machining center.

Smetanina Anastasia Sergeevna, undergraduate, nastay. doging@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Antsev Alexander Vitalyievich, candidate of technical science, docent, a. antsev@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.81-044.8

ГОЛОВКА УПРОЩЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ ДЛЯ ДОПУСКОВОГО КОНТРОЛЯ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ

Я.Л. Либерман, А.Н. Махиянова, Л.Н. Горбунова

При производстве деталей машин обязательно производится допусковый контроль их размеров с помощью специальных головок. Конструктивно они разнообразны и не всегда достаточно надежны. В статье приведена метрологическая схема предложенной контрольной головки упрощенной конструкции, а также анализ ее кинематической точности. По результатам анализа установлено, что, правильно выбирая длину измерительного щупа, предложенную контрольную головку для допускового контроля размеров деталей машин можно использовать с приемлемой точностью.

Ключевые слова: детали машин, контроль размеров, измерительный щуп, кинематическая точность, метрологическая схема.

В процессе производства деталей машин, как известно, возникает необходимость контроля их размеров, для чего применяются специальные контрольные головки, устанавливаемые на металлорежущих станках с ЧПУ или на координатно-измерительных машинах [1, 2]. Такие головки действуют практически всегда по одному и тому же принципу, описанному, в частности, в [3, 4, 5], но конструктивно весьма разнообразны [6 - 9]. Тем не менее, все их конструкции довольно сложны и не всегда достаточно надежны.

Цель работы: анализ кинематической точности предложенной головки упрощенной конструкции для допускового контроля размеров деталей машин.

Анализ кинематической точности головки упрощенной конструкции. В работе [10] нами предложена контрольная головка упрощенной конструкции, метрологическая схема которой показана на рис. 1.

Для рационального использования предложенной головки потребовалось провести анализ ее кинематической точности, что и описывается ниже.

Для выполнения анализа пластина 1 со щупом 2 были представлены в двух крайних положениях, согласно схеме, изображенной на рис. 2, где 5 - погрешность срабатывания датчика, ДХ и ДY - соответствующие ей погрешности положения конца щупа в направлениях X и У, а остальные обозначения показаны на рис. 1.