Методическое руководство по выполнению курсовой работы по дисциплине ‘Технология машиностроения’

Введение. Как устроен этот гид и какую задачу мы решаем

Каждый студент технической специальности рано или поздно сталкивается с ней — курсовой работой по технологии машиностроения. И для многих этот этап становится настоящим испытанием: огромный объем расчетов, десятки ГОСТов, непонятная методика и страх допустить ошибку. Типичные сложности — это неспособность увидеть «лес за деревьями», то есть понять общую логику процесса, и неумение обосновать свои решения, что превращает работу в механическое заполнение таблиц.

Этот материал ломает такой подход. Наша главная цель — доказать и показать на практике, что успешная курсовая работа — это не объем расчетов, а логически обоснованная цепочка инженерных решений. Мы будем рассматривать проект не как рутину, а как интеллектуальный тренажер, который научит вас думать как инженер-технолог.

В качестве нашего «учебного полигона» мы возьмем деталь «Вал» — классический объект для курсового проектирования. Это тело вращения, которое служит для передачи крутящего момента и поддержания других вращающихся деталей. Наш конкретный пример — это вал со шпоночным пазом, резьбовыми отверстиями и несколькими цилиндрическими поверхностями разного диаметра. Он станет идеальной моделью для отработки всех ключевых этапов проектирования.

Чтобы вы не потерялись в деталях, мы выстроили этот гид как четкую «дорожную карту». Каждый следующий раздел логически вытекает из предыдущего, формируя целостный проект:

1. Анализ объекта: Сначала мы изучим деталь «как она есть», разберем ее чертеж, материал и требования.
2. Оценка технологичности: Проверим, насколько удобно и дешево производить деталь в ее текущем виде.
3. Выбор заготовки: Решим, из какого «куска металла» мы будем делать наш вал, и рассчитаем его размеры.
4. Проектирование маршрута: Составим пошаговый план обработки — последовательность операций от заготовки до готовой детали.
5. Детализация операций: Углубимся в ключевые операции, чтобы понять, из каких переходов они состоят.
6. Подбор оборудования и оснастки: Выберем станки и приспособления, на которых будем выполнять обработку.
7. Выбор инструментов: Определим, какими резцами, фрезами и сверлами будем работать.
8. Расчеты режимов резания: «Сердце» курсовой — рассчитаем скорость, подачу и другие параметры для двух ключевых операций.
9. Нормирование времени: Узнаем, сколько времени займет изготовление одной детали.
10. Анализ и безопасность: Оценим эффективность нашего процесса и продумаем меры по охране труда.

Теперь, когда мы определили цель и наметили путь, давайте приступим к первому и самому важному этапу — глубокому анализу исходных данных.

Глава 1. Исходная точка, или всесторонний анализ объекта проектирования

Любой технологический процесс начинается с досконального изучения объекта производства. Чертеж — это не просто картинка, а основное техническое задание для технолога. Наша задача — «прочитать» его и извлечь всю информацию, необходимую для принятия дальнейших решений.

В нашем случае объект проектирования — деталь класса «Вал». Ее служебное назначение — передача крутящего момента в редукторе или другом механизме, а также служить осью для установки подшипников, шкивов или шестерен. Условия работы вала, как правило, связаны с циклическими нагрузками на изгиб и кручение.

Конструктивные элементы детали

Анализ геометрии показывает наличие следующих элементов:

• Цилиндрические поверхности (шейки): Несколько участков с разными диаметрами и допусками точности. Часть из них, вероятно, являются посадочными поверхностями под подшипники, что требует высокой точности и низкой шероховатости.
• Шпоночный паз: Стандартный конструктивный элемент для фиксации на валу шкива или шестерни и предотвращения их проворота.
• Конические и резьбовые отверстия: Могут служить для центрирования, смазки или крепления других элементов.
• Канавки: Проточки для выхода режущего инструмента (например, шлифовального круга) или для установки стопорных колец.

Материал детали и его свойства

Вал изготовлен из Стали 45 — это качественная углеродистая конструкционная сталь, один из самых распространенных материалов в машиностроении. Ее выбор обоснован следующими свойствами:

• Достаточная прочность и твердость: После термической обработки (нормализации или улучшения) Сталь 45 способна выдерживать значительные эксплуатационные нагрузки.
• Хорошая обрабатываемость: Материал хорошо поддается большинству видов обработки резанием — точению, фрезерованию, сверлению.
• Относительно невысокая стоимость: По сравнению с легированными сталями, Сталь 45 является экономически выгодным решением для деталей массового и серийного производства.

Анализ технических требований

На чертеже детали указаны ключевые требования, определяющие всю дальнейшую технологию:

• Точность размеров: Диаметры посадочных шеек, скорее всего, выполнены по 6-7 квалитету точности, что требует чистовых операций обработки.
• Шероховатость поверхностей: Для посадочных поверхностей обычно требуется низкая шероховатость (Ra 1.25…0.63), что достигается тонким точением или шлифованием.
• Допуски формы и расположения: Для валов критически важны допуски на радиальное биение, соосность и цилиндричность поверхностей, так как это напрямую влияет на работу всего узла. Отношение длины к диаметру (L/D = 14,4) указывает на то, что деталь является нежесткой, и это потребует специальных технологических приемов при обработке.

Мы полностью разобрали деталь «как она есть». Теперь оценим, насколько ее конструкция удобна для производства.

Глава 2. Аудит конструкции. Насколько технологична наша деталь?

Прежде чем разрабатывать технологию, инженер должен задать себе вопрос: «А можно ли изготовить эту деталь проще, дешевле и быстрее, не теряя в качестве?». Ответ на этот вопрос дает анализ технологичности конструкции.

Технологичность конструкции — это совокупность свойств изделия, которые определяют его приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, техническом обслуживании и ремонте. Проще говоря, технологичная деталь — это деталь, которую легко и дешево производить.

Качественный анализ технологичности

Проведем оценку технологичности нашего «Вала» по ключевым качественным критериям:

• Простота формы: Деталь является телом вращения, что является плюсом, так как ее основная обработка может быть выполнена на высокопроизводительных токарных станках.
• Наличие стандартных элементов: Шпоночный паз и канавки являются стандартными элементами, для обработки которых существует стандартный инструмент и отработанные методики.
• Доступность поверхностей для обработки: Все наружные поверхности вала легко доступны для обработки резцами и фрезами.
• Жесткость: Как мы отметили ранее, при L/D = 14,4 деталь является нежесткой. Это снижает ее технологичность, так как потребует применения дополнительной оснастки (люнетов) или введения специальных операций для уменьшения деформаций от сил резания.

Количественный анализ технологичности

Для более объективной оценки используются количественные показатели. Например, коэффициент использования материала (КИМ), который показывает, какая часть металла заготовки перешла в готовую деталь. Мы рассчитаем его на следующем этапе, но уже сейчас можем предположить, что из-за разницы диаметров ступеней он будет не очень высоким при выборе заготовки в виде простого прутка.

Выводы и рекомендации

В целом, конструкция «Вала» может быть признана технологичной с оговорками. Основной вызов — обеспечение точности при обработке нежесткой детали. Гипотетически, для повышения технологичности можно было бы рассмотреть возможность уменьшения количества ступеней разного диаметра, если это допустимо по конструктивным соображениям, чтобы увеличить КИМ и сократить время обработки.

Убедившись, что конструкция в целом пригодна для производства, мы можем переходить к первому ключевому производственному решению — выбору заготовки.

Глава 3. Фундамент процесса, или как выбрать и рассчитать заготовку

Выбор заготовки — это один из важнейших этапов, который напрямую влияет на трудоемкость последующей обработки и стоимость изделия. Неправильно выбранный метод получения заготовки может привести к огромному перерасходу материала и времени. Наша задача — найти баланс между стоимостью самой заготовки и затратами на ее превращение в деталь.

Рассмотрим основные варианты получения заготовки для нашего «Вала»:

1. Горячекатаный прокат (пруток):
   • Преимущества: Низкая стоимость самой заготовки, широкая доступность.
   • Недостатки: Низкая точность размеров и значительный дефектный поверхностный слой, что приводит к необходимости назначать большие припуски на обработку. Низкий коэффициент использования материала (КИМ) для ступенчатых валов.
2. Поковка:
   • Преимущества: Форма заготовки приближена к форме детали, что значительно повышает КИМ. Механические свойства металла улучшаются за счет формирования волокнистой структуры.
   • Недостатки: Более высокая стоимость самой заготовки по сравнению с прокатом.
3. Штамповка:
   • Преимущества: Самый высокий КИМ и минимальные припуски на обработку. Идеально для массового и крупносерийного производства.
   • Недостатки: Очень высокая стоимость изготовления штамповой оснастки, что делает метод экономически нецелесообразным для мелкосерийного производства.

Расчет и обоснование выбора

Для условий учебного проекта, имитирующего серийное производство, оптимальным выбором часто является горячекатаный прокат. Он не требует проектирования сложной оснастки, а методика расчета припусков для него хорошо отработана.

Далее выполняется расчет припусков на механическую обработку. Для этого используется аналитический метод. Его суть заключается в суммировании пространственных отклонений заготовки, погрешностей установки и дефектов поверхностного слоя для каждой поверхности и каждого перехода. Это позволяет определить минимально необходимый слой металла, который нужно снять, чтобы получить требуемое качество. После определения припусков вычерчивается чертеж заготовки с указанием всех размеров.

На основе итоговых размеров заготовки и массы готовой детали рассчитывается коэффициент использования металла (КИМ). Этот показатель наглядно демонстрирует эффективность нашего выбора.

Итак, мы окончательно выбрали в качестве заготовки горячекатаный пруток из Стали 45, рассчитали припуски и определили его точные габариты. Теперь, когда у нас есть конкретная заготовка, мы можем спроектировать «путь» ее превращения в готовую деталь.

Глава 4. Проектирование технологического маршрута обработки

Технологический маршрут — это скелет всего производственного процесса. Он определяет последовательность операций, которые должна пройти заготовка, чтобы стать готовой деталью. Правильно выстроенный маршрут обеспечивает постепенное повышение точности и качества детали, минимизируя затраты времени и риск брака.

Первым шагом является выбор технологических баз. Это поверхности, которые используются для ориентации и закрепления детали при обработке. Для валов в качестве основных баз практически всегда используют центровые отверстия на торцах. Они обеспечивают наилучшую соосность всех обрабатываемых поверхностей.

Последовательность операций

Типичный маршрутный процесс обработки нашего «Вала» может выглядеть следующим образом. Среднее количество операций для таких деталей составляет от 5 до 10.

1. Заготовительная операция: Резка прутка в размер на отрезном станке.
2. Фрезерно-центровальная операция: Фрезерование торцов и сверление центровых отверстий. Это ключевая операция, так как от качества баз зависит точность всей последующей обработки.
3. Токарная черновая операция: Снятие основной части припуска со всех ступеней вала. Выполняется в центрах с использованием поводкового патрона. Из-за нежесткости детали может потребоваться применение люнета.
4. Токарная чистовая операция: Обработка всех шеек вала в чистовой размер с достижением требуемой точности и шероховатости.
5. Фрезерная операция: Фрезерование шпоночного паза концевой фрезой.
6. Сверлильная операция: Сверление конических и резьбовых отверстий.
7. Контрольная операция: Проверка всех размеров, допусков и шероховатости отделом технического контроля (ОТК).

Обоснование маршрута

Данная последовательность является логичной и обоснованной. Черновая обработка всегда предшествует чистовой, чтобы силовые деформации от снятия больших припусков не повлияли на окончательную точность. Операции, связанные с обработкой основных поверхностей (токарные), выполняются до второстепенных (фрезерование паза), чтобы не ослаблять сечение детали. Возможен и альтернативный маршрут, например, с использованием шлифования для финишной обработки посадочных шеек, однако его целесообразность зависит от жесткости требований чертежа.

На основе этого маршрута заполняется маршрутная карта — основной технологический документ, который регламентирует путь детали по цеху в соответствии с требованиями ГОСТ.

Общий маршрут готов. Теперь необходимо детализировать каждую операцию.

Глава 5. Детализация маршрута. Разработка операционной технологии

Если маршрут — это скелет процесса, то операционная технология — это его «мускулы». На этом этапе мы углубляемся в содержание ключевых операций, подробно расписывая каждое действие станочника и инженера. Для примера детально разработаем две важнейшие операции из нашего маршрута: токарную чистовую и фрезерную.

Пример 1: Операция 020 — Токарная чистовая

Цель этой операции — получить окончательные размеры и шероховатость на всех цилиндрических шейках вала. Операция разбивается на технологические переходы:

• Переход 1: Чистовое точение шейки Ø50 мм.
• Переход 2: Чистовое точение шейки Ø45 мм.
• Переход 3: Прорезка канавки для выхода инструмента.
• Переход 4: Чистовое точение шейки Ø40 мм.

Для каждой операции создается операционный эскиз. Это не конструкторский чертеж, а технологический. На нем изображается деталь в том виде, в котором она находится на данной операции, и указываются только те размеры, которые нужно получить именно сейчас. Обязательно показываются символы технологических баз (в нашем случае — центровые отверстия) и место закрепления.

Пример 2: Операция 025 — Фрезерная

Цель — обработать шпоночный паз в соответствии с чертежом.

• Переход 1: Фрезерование шпоночного паза на заданную глубину и ширину. Может выполняться за несколько проходов.

Эскиз для этой операции будет показывать вал, установленный в приспособлении (например, в делительной головке и задней бабке), и указывать размеры паза и его положение относительно оси детали.

На основе этой детальной проработки заполняются операционные карты. Эти документы, регламентированные ГОСТ, содержат исчерпывающую информацию: номер и наименование операции, модель станка, перечень переходов, данные об инструменте, оснастке и, самое главное, рассчитанные режимы резания для каждого перехода.

Мы знаем, ЧТО и в каком порядке делать. Теперь нужно решить, ЧЕМ это делать.

Глава 6. Выбор арсенала. Подбор оборудования и технологической оснастки

Эффективность технологического процесса напрямую зависит от правильного выбора «арсенала» — станков и приспособлений. Оборудование подбирается не по принципу «что есть в цеху», а исходя из требований к точности, габаритов детали и типа производства.

Подбор металлорежущих станков

На основе разработанного маршрута, для каждой операции подбирается конкретная модель станка с обоснованием выбора.

• Токарные операции (черновая и чистовая): Для них идеально подходит универсальный токарно-винторезный станок, например, модели 16К20. Он обладает достаточной мощностью для черновой обработки и необходимой точностью для чистовой. Его размеры рабочей зоны позволяют обрабатывать наш вал.
• Фрезерная операция: Для фрезерования шпоночного паза можно использовать горизонтально- или вертикально-фрезерный станок, например, 6Р82.
• Сверлильная операция: Подойдет стандартный вертикально-сверлильный станок, например, 2Н135.

Выбор и обоснование технологической оснастки

Технологическая оснастка — это все приспособления, которые служат для установки и закрепления детали и инструмента. От правильности ее выбора зависит точность базирования и, как следствие, точность обработки.

Важнейшим элементом оснастки для нашего вала являются станочные центры (упорный и вращающийся). Именно установка в центрах обеспечивает минимальное радиальное биение и соосность всех шеек вала.

• Для токарных операций: Установка детали производится в центрах. Крутящий момент передается через поводковый патрон и хомутик. Для компенсации прогиба нежесткого вала под действием сил резания необходимо использовать подвижный или неподвижный люнет.
• Для фрезерной операции: Вал также может быть установлен в центрах делительной головки и задней бабки, что позволяет точно позиционировать паз.

В нашем случае все элементы оснастки являются стандартными, поэтому проектирование специального приспособления не требуется, что удешевляет подготовку производства.

Станки и приспособления выбраны. Переходим к тому, что непосредственно контактирует с деталью — режущему инструменту.

Глава 7. Острие атаки. Обоснование выбора режущих инструментов

Режущий инструмент — это «острие атаки» всего технологического процесса. Его правильный выбор является компромиссом между производительностью (как быстро мы можем резать), стойкостью (как долго инструмент прослужит) и качеством получаемой поверхности.

Выбор инструмента производится для каждой операции и перехода, разработанных в Главе 5. Обоснование выбора всегда должно опираться на три фактора: материал детали (Сталь 45), тип операции (черновая/чистовая) и характеристики станка.

Инструменты для токарной чистовой операции

• Резец проходной чистовой: Для чистового точения шеек вала из Стали 45 оптимальным будет резец, оснащенный сменной многогранной пластиной из твердого сплава, например, марки Т15К6 (титано-кобальтовый сплав). Эта марка хорошо подходит для чистовой и получистовой обработки углеродистых сталей. Геометрия резца (главный угол в плане, углы заточки) выбирается по справочнику для достижения минимальной шероховатости.
• Резец канавочный: Для прорезки канавок используется специальный резец, ширина которого соответствует ширине канавки по чертежу. Материал режущей части — твердый сплав ВК8 (вольфрамо-кобальтовый), обладающий высокой прочностью.

Инструмент для фрезерной операции

• Фреза шпоночная: Для фрезерования паза используется стандартная шпоночная фреза с двумя режущими кромками. Материал — быстрорежущая сталь, например, Р6М5. Эта сталь обладает хорошей вязкостью и выдерживает ударные нагрузки, характерные для фрезерования. Диаметр фрезы должен соответствовать ширине паза по чертежу.

Выбор конкретных марок инструмента и их геометрии производится на основе рекомендаций из справочников по режимам резания и каталогов производителей инструмента. Каждый выбор должен быть обоснован. Например: «Выбираем резец с пластиной из Т15К6, так как он обеспечивает высокую скорость резания при обработке стали 45, что сокращает основное технологическое время».

Мы определили все переменные: ЧТО, КАК, ГДЕ и ЧЕМ обрабатывать. Настало время для «сердца» курсовой работы — расчетов.

Глава 8. Теория на практике. Основы расчета режимов резания

Расчет режимов резания — это определение оптимального сочетания параметров обработки, которое обеспечит заданное качество детали при максимальной производительности. Этот раздел требует внимательности, но его логика вполне понятна, если разобраться в физическом смысле основных величин.

Существуют три «кита», на которых держится любой процесс резания:

1. Глубина резания (t, мм): Толщина слоя металла, срезаемого инструментом за один проход. Обычно ее стараются делать максимально возможной (в пределах припуска) на черновых операциях и небольшой — на чистовых.
2. Подача (S): Величина перемещения инструмента за один оборот заготовки (для точения, мм/об) или за один оборот фрезы (для фрезерования, мм/об). Подача напрямую влияет на производительность и шероховатость поверхности.
3. Скорость резания (V, м/мин): Путь, который проходит режущая кромка инструмента относительно заготовки в единицу времени. Это главный фактор, влияющий на износ инструмента и температуру в зоне резания.

Общая методика расчета

Несмотря на различие операций, общая последовательность расчета режимов резания практически всегда одинакова и строится по принципу последовательных ограничений:

1. Назначение глубины резания (t): Определяется исходя из величины припуска на обработку для данного перехода.
2. Выбор подачи (S): Назначается по справочным таблицам. Для чистовых операций подачу ограничивают требованием к шероховатости, для черновых — прочностью режущего инструмента или механизма подачи станка.
3. Расчет скорости резания (V): Это самый сложный этап. Скорость рассчитывается по эмпирической формуле, которая учитывает множество факторов: материал заготовки, материал инструмента, заданный период стойкости инструмента (время его работы до переточки), геометрию инструмента, подачу, глубину резания и т.д. Все эти факторы входят в формулу в виде поправочных коэффициентов, которые берутся из справочников.
4. Определение частоты вращения шпинделя (n, об/мин): Рассчитывается на основе найденной скорости резания V и диаметра обработки D.
5. Корректировка и проверочные расчеты: Рассчитанную частоту вращения шпинделя сравнивают с паспортными данными станка и принимают ближайшее меньшее значение. Затем выполняется проверка: рассчитывается потребляемая мощность резания и сравнивается с мощностью двигателя станка. Если мощность недостаточна, режимы резания (скорость или подачу) необходимо снизить.

Вооружившись этой теорией, перейдем к подробному расчету для конкретной операции.

Глава 9. Пример расчета №1. Режимы резания для токарной операции

Продемонстрируем применение методики на примере чистового точения шейки Ø45 мм нашего «Вала» на станке 16К20. Предположим, что припуск на сторону составляет 1 мм.

1. Шаг 1: Назначение глубины резания (t).

   Так как операция чистовая и припуск невелик, выполняем обработку за один проход.
   t = 1 мм.

2. Шаг 2: Назначение подачи (S).

   Для чистового точения с требуемой шероховатостью Ra 1.25 и резцом из сплава Т15К6 по справочным данным выбираем подачу.
   S = 0,15 мм/об.

3. Шаг 3: Расчет скорости резания (V).

   Используем основную формулу из справочника (например, «Справочник технолога-машиностроителя»):
   V = (Cv / (T^m * t^x * S^y)) * Kv
   где Cv — коэффициент, зависящий от условий обработки; T — период стойкости инструмента (принимаем 60 мин); t и S — глубина и подача; x, y, m — показатели степени; Kv — совокупный поправочный коэффициент, учитывающий материал детали, состояние поверхности и т.д.
   Подставив табличные значения для наших условий (Сталь 45, Т15К6), получаем расчетную скорость. Допустим, она составила V = 180 м/мин.

4. Шаг 4: Определение частоты вращения шпинделя (n).

   Рассчитываем по формуле: n = (1000 * V) / (π * D)
   n = (1000 * 180) / (3.14 * 45) ≈ 1273 об/мин.
   Смотрим паспорт станка 16К20 и выбираем ближайшую меньшую частоту вращения. Допустим, это n = 1250 об/мин.
   Затем корректируем фактическую скорость резания под принятую частоту вращения: Vфакт = (π * D * n) / 1000 = (3.14 * 45 * 1250) / 1000 ≈ 176 м/мин.

5. Шаг 5: Проверочный расчет по мощности.

   Рассчитываем силу резания Pz и затем мощность резания по формуле N = (Pz * Vфакт) / (60 * 1020 * η).
   Полученное значение (например, 2,5 кВт) сравниваем с мощностью привода главного движения станка (для 16К20 это 10 кВт).
   Так как 2,5 кВт < 10 кВт, делаем вывод: выбранные режимы резания допустимы.

Мы освоили расчет для точения. Закрепим навык на примере другой операции.

Глава 10. Пример расчета №2. Режимы резания для фрезерной операции

Теперь применим ту же логику для операции фрезерования шпоночного паза шириной 12 мм и глубиной 5 мм. Используем станок 6Р82 и шпоночную фрезу Ø12 мм из стали Р6М5 с числом зубьев z=2.

1. Шаг 1: Назначение глубины и ширины фрезерования.

   Эти параметры заданы чертежом. Фрезерование будем выполнять за один проход.
   t = 5 мм (глубина), B = 12 мм (ширина).

2. Шаг 2: Назначение подачи на зуб (Sz).

   В отличие от точения, для фрезерования нормируется подача на один зуб фрезы. По справочным данным для наших условий (сталь 45, фреза Р6М5) выбираем подачу.
   Sz = 0,04 мм/зуб.

3. Шаг 3: Расчет скорости резания (V).

   Формула для фрезерования аналогична токарной, но использует свои коэффициенты и показатели степени:
   V = (Cv * D^q) / (T^m * t^x * S_z^y * B^u * z^p) * Kv
   Подставив все табличные значения, получаем расчетную скорость. Допустим, она составила V = 40 м/мин.

4. Шаг 4: Определение частоты вращения шпинделя (n) и минутной подачи (Sm).

   Рассчитываем частоту вращения: n = (1000 * V) / (π * D)
   n = (1000 * 40) / (3.14 * 12) ≈ 1061 об/мин.
   По паспорту станка 6Р82 принимаем ближайшее меньшее значение, например, n = 1000 об/мин.
   Теперь определяем минутную подачу, которую нужно выставить на станке: Sm = Sz * n * z
   Sm = 0.04 * 1000 * 2 = 80 мм/мин.
   Принимаем по паспорту станка ближайшее значение, например, Sm = 75 мм/мин.

5. Шаг 5: Проверочные расчеты.

   Аналогично токарной операции, рассчитываем силу и мощность резания и сравниваем с паспортными данными станка. Если мощность проходит, делаем вывод о допустимости режимов.

Расчеты режимов завершены. Теперь нужно определить, сколько времени займет изготовление детали.

Глава 11. Цена времени. Техническое нормирование операций

Любой технологический процесс должен быть не только технически выполнимым, но и экономически целесообразным. Техническое нормирование позволяет определить «цену» операции в единицах времени, что является основой для планирования производства, расчета себестоимости и заработной платы рабочего.

Полное время изготовления детали складывается из нескольких компонентов. Для одной операции рассчитывается норма штучно-калькуляционного времени (Тшт.к.), которая включает в себя:

• Основное (технологическое) время (То): Это время, в течение которого происходит непосредственное изменение формы заготовки (т.е. идет стружка). Оно рассчитывается по точным формулам.
• Вспомогательное время (Тв): Время, затрачиваемое на действия, связанные с выполнением основной работы (установка и снятие детали, подвод и отвод инструмента, управление станком).
• Время на обслуживание рабочего места (Тоб): Время на уход за станком и инструментом в течение смены.
• Время на отдых и личные надобности (Тотл): Регламентированное время на отдых.
• Подготовительно-заключительное время (Тпз): Время на подготовку к работе в начале смены и ее завершение (получение наряда, инструмента, сдача продукции). Оно делится на всю партию деталей.

Пример расчета для токарной операции

Выполним расчет основного времени для чистового точения шейки Ø45 мм, для которой мы ранее рассчитали режимы. Длина обработки L = 100 мм.

Основное время рассчитывается по формуле: То = L / (n * S), где L — расчетная длина обработки (с учетом врезания и перебега инструмента), n — частота вращения, S — подача.

То = 105 / (1250 об/мин * 0,15 мм/об) ≈ 0,56 мин.

Остальные компоненты времени (вспомогательное, на обслуживание и т.д.) не рассчитываются, а определяются по нормативам в процентах от основного времени. Например:

• Тв = 15% от То
• Тоб = 3% от То
• Тотл = 4% от То

Сложив все компоненты, мы получаем полную норму времени на операцию, которая является основой для расчета трудоемкости изготовления всей детали. Анализ трудоемкости позволяет выявить самые «длинные» операции и подумать над путями их оптимизации.

Технологический процесс полностью спроектирован и просчитан. Осталось убедиться, что он эффективен и безопасен.

Глава 12. Анализ эффективности и современные технологии

Курсовая работа — это не просто выполнение расчетов по методичке, но и возможность посмотреть на спроектированный процесс критически и оценить его с точки зрения современных инженерных подходов. На этом этапе мы анализируем, насколько наш процесс эффективен и как его можно было бы улучшить.

Анализ экономической эффективности

Полный экономический расчет сложен, но даже упрощенная оценка может быть очень полезна. Например, можно сравнить себестоимость изготовления детали по нашему процессу (с использованием проката) с альтернативным вариантом (например, с использованием поковки). Сравнение затрат на материал и стоимости машинного времени покажет, какой из вариантов более выгоден для заданного объема выпуска.

Также анализируются коэффициенты использования машинного времени и производительности. Мы видим, что основное (технологическое) время составляет лишь малую часть от общего времени операции. Это говорит о наличии больших резервов для повышения производительности за счет автоматизации вспомогательных переходов.

Применение CAD/CAM/CAE систем

Современное технологическое проектирование немыслимо без систем автоматизированного проектирования (CAD), производства (CAM) и инжиниринга (CAE). Такие пакеты, как SolidWorks, Компас-3D, AutoCAD или Siemens NX, кардинально меняют подход к работе:

• Скорость и точность: Проектирование технологического процесса в CAM-системе происходит на основе 3D-модели детали. Это исключает ошибки ручного ввода данных и многократно ускоряет процесс.
• Оптимизация и симуляция: CAM-системы позволяют не просто назначить режимы резания, а оптимизировать их, например, поддерживая постоянную толщину стружки. Самое главное — это возможность виртуальной симуляции процесса обработки. Программа покажет на экране, как инструмент будет двигаться, выявит возможные столкновения (зарезы) и позволит оценить качество будущей поверхности еще до установки заготовки на станок.

Использование таких систем позволяет перейти от «бумажной» технологии к цифровой, повышая качество, сокращая сроки подготовки производства и избегая дорогостоящих ошибок на реальном оборудовании.

Эффективность доказана. Финальный, но важнейший аспект — безопасность.

Глава 13. Безопасность превыше всего. Охрана труда на производстве

Ни один, даже самый эффективный и хорошо просчитанный технологический процесс, не может считаться завершенным без проработки вопросов охраны труда. Жизнь и здоровье работника — абсолютный приоритет.

Общие требования техники безопасности в механическом цехе включают в себя поддержание порядка на рабочем месте, исправность оборудования, хорошее освещение, наличие систем вентиляции для удаления вредных паров и аэрозолей (например, от смазочно-охлаждающих жидкостей).

При выполнении наших ключевых операций существуют специфические опасности:

• Для токарной операции:
  • Риск захвата одежды или волос быстро вращающимся патроном или заготовкой.
  • Поражение глаз отлетающей горячей стружкой.
  • Получение порезов об острые режущие кромки инструмента или заусенцы на детали.
• Для фрезерной операции:
  • Аналогичные риски от вращающейся фрезы и стружки.
  • Опасность вылета заготовки при ее ненадежном закреплении.

Конкретные меры безопасности

Для предотвращения несчастных случаев должен быть принят ряд обязательных мер:

1. Использование средств индивидуальной защиты (СИЗ): Рабочий обязан использовать защитные очки, спецодежду (застегнутую на все пуговицы, без свисающих элементов) и, при необходимости, защитную обувь.
2. Защитные устройства на оборудовании: Все станки должны быть оснащены защитными экранами, ограждающими зону резания. Вращающиеся части (патроны, ременные передачи) должны иметь прочные кожухи.
3. Исправность инструмента и оснастки: Перед работой необходимо проверять надежность закрепления детали, резца, фрезы. Использовать инструмент с трещинами или изломами категорически запрещено.
4. Производственная санитария: Своевременная уборка стружки с помощью крючков и щеток (ни в коем случае не руками), контроль за состоянием смазочно-охлаждающей жидкости и обеспечение пожарной безопасности.

Проект готов и безопасен. Осталось подвести итоги.

Заключение. Ключевые результаты и выводы по проекту

В ходе выполнения данной курсовой работы была решена комплексная инженерная задача: спроектировать маршрутный технологический процесс изготовления детали «Вал» из Стали 45 в соответствии с требованиями чертежа.

В рамках проекта была проделана следующая работа и получены ключевые результаты:

• Проведен всесторонний анализ исходной детали, ее конструктивных особенностей и технических требований.
• Дана оценка технологичности конструкции и сделан вывод о ее пригодности к производству.
• Обоснован выбор заготовки в виде горячекатаного проката и рассчитаны припуски на обработку.
• Разработан логически последовательный маршрут механической обработки, состоящий из 7 операций.
• Подобран комплект стандартного оборудования, технологической оснастки и режущих инструментов для выполнения всех операций.
• Выполнен детальный пошаговый расчет режимов резания и технического нормирования для двух ключевых операций: токарной и фрезерной.
• Разработаны меры по обеспечению безопасности труда при реализации спроектированного техпроцесса.

Главный вывод по работе заключается в том, что разработанный технологический процесс обеспечивает изготовление детали «Вал» в полном соответствии с заданными в чертеже параметрами точности и качества поверхности. Важно подчеркнуть, что все принятые в ходе проектирования решения — от выбора заготовки до конкретных значений подачи — были технически обоснованы с использованием справочных данных и стандартных методик расчета. Это демонстрирует не механическое следование инструкции, а осознанное применение инженерных знаний для решения практической задачи.