Вопрос изменения базового технологического процесса обработки детали «Фланец» с использованием современного высокопроизводительного оборудования

ВВЕДЕНИЕ

Важной задачей текущего времени является повышение темпов и эффективности развития экономики на базе новейших достижений науки и техники.

Машиностроение обеспечивает изготовление новых и совершенствование имеющихся машин. Это связано с весьма существенными затратами, которые составляют в народном хозяйстве ощутимую долю. Тем не менее развитие отечественного машиностроения, а не импорт машин, является единственно правильным направлением в прогрессивном развитии промышленности.

Отличительной особенностью современного машиностроения является существенное ужесточение эксплуатационных характеристик машин: увеличиваются скорость, ускорение, температуры, уменьшаются масса, объем, вибрация, время срабатывания механизмов и т. п. Темпы такого ужесточения постоянно возрастают и машиностроители вынуждены все быстрее решать конструкторские и технологические задачи. В условиях рыночных отношений быстрота реализации принятых решений играет главенствующую роль.

Совершенствование технологических методов изготовления машин имеет первостепенное значение. Качество машины, надежность, долговечность и экономичность в эксплуатации зависят не только от совершенства ее конструкции, но и от технологии производства. Применение прогрессивных высокопроизводительных методов обработки, обеспечивающих высокую точность и качество поверхностей деталей машины, методов упрочнения рабочих поверхностей, повышающих ресурс работы деталей и машины в целом, эффективное использование современных автоматических и поточных линий, станков с программным управлением, электронных вычислительных машин и другой новой техники, применение прогрессивных форм организации и экономики производственных процессов — все это направлено на решение главных задач: повышения эффективности производства и качества продукции.

В данном дипломном проекте рассмотрен вопрос изменения базового технологического процесса обработки детали Фланец с использованием современного высокопроизводительного оборудования и технологической оснастки. Дан анализ детали на технологичность, произведен расчет режимов резания и норм времени.

1. ОБЩИЙ РАЗДЕЛ

1.1 Описание конструкции и служебного назначения детали Деталь Фланец — является составной частью узла УЭС 7−117 010, который входит в состав кормоуборочного комплекса КВК — 800КВЧ Полессъе. Фланец служит для передачи вращательного момента от выходного вала редуктора на барабан.

Рисунок 1 — Эскиз детали Основными поверхностями детали, в соответствии с рисунком 1, являются: наружная поверхность вращения 8 предназначена для запрессовки на неё подшипника, к ней предъявляются следующие требования изготовления: точность размера по к6, с шероховатостью поверхности Rа=1,25мкм, цилиндричность профиля продольного сечения не должны превышать 0,004 мм, а также радиальное биение относительно оси детали не должно превышать 0,08 мм; шлицевая поверхность 11 предназначена для передачи вращательного момента и к ней предъявляются следующие требования изготовления: точность размера по Н8 с шероховатостью поверхности Rа=5мкм, а шлицев Rа=2,5мкм; выточка 16 предназначена для точной установки и направления барабана во фланец, к ней предъявляются следующие требования изготовления: точность размера по F8 с шероховатостью поверхности Rа=5мкм; четыре резьбовых отверстия 4, предназначены для крепления барабана к фланцу, к ним предъявляются следующие требования изготовления: класс точности резьбы 6Н с шероховатостью поверхности Rа=5мкм, позиционный допуск относительно оси выточки, в диаметральном выражении, должна превышать 0,16 мм.

Остальные поверхности конструкции детали не являются основными. Поверхность 9 предназначена для продвижения по ней подшипника. К ней предъявляются требования изготовления точности размера по h10 с шероховатостью поверхностью Rа=0,63мкм.

Два отверстия 13 предназначены для смазки шлицев, расположение отверстий относительно шлиц произвольное. Они должны изготавливаться с точностью размера по 16 квалитету и шероховатости Rа=20мкм.

Поверхности 1, 10 являются торцевыми поверхностями, к ним предъявляются следующие требования изготовления: точность размера по 14 квалитету с шероховатостью поверхности 1 Rа=5мкм, поверхности 10 Rа=20мкм.

Остальные поверхности относятся к вспомогательным и к ним особых требований не предъявляется, изготавливаются они по 14 квалитету, с шероховатостью Rа=20.

Деталь изготовляется и легированной стали 40Х ГОСТ 4543. Данный материал обладает следующими технологическими свойствами: свариваемость стали низкая, обработка давлениям удовлетворительная.

Физико-механические и химические свойства стали 40Х приведены в таблицах 1.1 и 1.2 соответственно.

Таблица 1.1-Физико-механические свойства стали 40Х ГОСТ 4543–71

Таблица 1.2-Химические свойства стали 40Х ГОСТ 4543–71

Данный материал применяют для изготовления деталей высокой прочности вязкости, разрабатывающие при средних и низких давлениях, либо средних скоростях (валы, оси, коленвалы, шестерни, пальцы, гайки, втулки, ролики).

1.2 Технологический контроль чертежа детали и анализ детали на технологичность Деталь фланец изготавливается из стали 40Х ГОСТ 4543–71. Заготовка данной детали является поковка. Она довольно проста по конструкции и не вызывает значительной трудности при её получении.

Рабочий чертёж детали фланец содержит все необходимые разрезы и сечения, показывает её полную конфигурацию. На чертеже также проставлены размеры с отклонениями, шероховатостями поверхностей и технические требования, предъявляемые к детали.

Данную деталь можно отнести к деталям типа втулок, так как она характеризуется наличием внутренних и наружных поверхностей вращения 0,5<2. Конструкция детали довольна проста.

В ней преобладают в основном цилиндрические поверхности, что позволяет точно и стабильно вести обработку. К обрабатываемым поверхностям детали имеется свободный доступ инструментов.

Деталь имеет хорошие технологические базы для удобной установки и крепления на станке. Жесткость детали достаточна для получения точности 7-го квалитета.

Количественный анализ детали на технологичность заключается в расчете коэффициентов унификации (КУЭ), точности (КТ) и шероховатости (КШ). Квалитеты точности и параметры шероховатости представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3-Квалитеты точности и параметры шероховатости поверхностей

Коэффициент унификации конструкции элементов детали КУЭ определяется по формуле:

КУЭ = ОУЭ/ООБЩ, (1.1)

где ОУЭ — число конструктивных элементов детали выполненных по стандарту;

ООБЩ — число всех конструктивных элементов детали КУЭ =17/17 = 1

Деталь считается технологичной, т.к. КУЭ > 0,6

Коэффициент точности обработки КТ определяется по формуле:

КТ = 1 — 1/АСР, (1.2)

где АСР — средний квалитет точности обработки Средний квалитет точности обработки определяется по формуле:

АСР = (1*n1+2*n2+…+ 19*ni)/Уni, (1.3)

где 1,2,3…19 — номер квалитета точности размеров

n1, n2… ni — количество размеров соответствующего квалитета Уni — общее количество поверхностей АСР = (6*1+8*3+10*1+14*8+16*3+17*1)/17 = 12,8

КТ = 1 — 1/12,8 = 0,9

Так как КТ >0,8 то деталь не является весьма точной Коэффициент шероховатости КШ, определяется по формуле:

КШ = 1/БСР, (1.4)

где БСР — средний класс шероховатости Средний класс шероховатости определяется по формуле БСР = (1*n1+2*n2+…+ 14*n14)/Уni, (1.5)

где 1,2,3…14 — класс шероховатости

n1…n14 — количество поверхностей соответствующего класса шероховатости Уni — общее количество поверхностей БСР = (3*10+5*3+6*2+7*1+8*1)/17 = 4,2

КШ = ¼, 2 = 0,24

Так как КШ > 0,16, то изделие относится к хорошо обрабатываемому Исходя из расчётов деталь является не весьма точной и хорошо обрабатываемой, а значит обработку можно производить на унифицированном оборудовании.

1.3 Определение типа производства и его характеристика Тип производства определяется по коэффициенту закрепления операций (КЗО) Предварительно на основе типового технологического процесса его можно определить по формуле:

КЗО = FД*60/N*TШТ (ШТ-К)*kY, (1.6)

где FД — действительный годовой фонд времени работы оборудования, час; FД =1950ч. при односменном режиме работы.

N — годовой объем выпуска детали, шт N = 800шт.

TШТ (ШТ-К) — среднее штучное (для массового производства) или штучно-калькуляционное (для серийного производства) время, мин; TШТ (ШТ-К) =9,74мин

kY — коэффициент ужесточения заводских норм, kY = 0,7…0,8.

КЗО = 1950*60/800*9,74*0,75 = 20,02

Так как КЗО = 20,02, а 20< 20,02 <40, следовательно производства мелкосерийное.

В зависимости от полученного типа производства определяю величину производственной партии

ng = N*a/ФР.Д., (1.7)

гае, а — число дней, на которые необходимо иметь запас деталей, а = 10

ФРД — число рабочих дней в году ФРД =254 дня

ng = 800*10/254 = 32 шт Мелкосерийное производство характеризуется выпуском одинаковой продукции в небольших масштабах — партиями. Рабочие места специализируются на выполнении нескольких операций, для осуществления которых проводят переналадку оборудования. В данном производстве применяются универсальные средства технологического оснащения.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 Выбор вида и метода получения заготовки Заготовкой для данной детали служит паковка. Область применения этих заготовок, серийное производство. Метод получения заготовки — штамповка. Сущность метода состоит в том, что заготовка получается путем изменения её конфигурации при помощи пресса на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). Штамповка на ГКМ является одним из производительных способов и может быть рентабельной для определенного вида заготовки. Производительность до 400 паковок в час. Штамповка производится из прутков горячекатонного металла повышенной точности длинной до 4 метров и диаметром 20−270 мм.

Максимальные припуски и допуски устанавливаем по ГОСТ 7505–89

Рисунок 2 — Эскиз заготовки Для определения массы заготовки разбиваем её на элементарные фигуры и определяем объём каждой фигуры. Массу заготовки определям по формуле:

m_заг = V_заг Ч r; (2.1)

где Vзаг — объем заготовки, м3; Vзаг =601,867 см³,

r — плотность материала заготовки, г/см3; r = 7,81 г/см3,

mзаг = 601,867* 7,81 = 4700 г = 4,7 кг Коэффициент использования материала рассчитывается по формуле:

; (2.2)

где mд — масса детали, mд = 2,1 кг;

mз — масса заготовки, mз = 4,7 кг.

Коэффициент использования материала равен Ким= 0,45, основная потеря метала идёт за счёт обработки отверстий, Ш 28 мм и четырёх отверстий Ш 12 мм. Несмотря на то что коэффициент использования материала, для данного вида заготовки получаем ниже рекомендуемого, другой вид заготовки нерентабельно применять.

2.2 Разработка проектируемого технологического процесса

2.2.1 Анализ базового и проектируемого технологического процесса В данный технологический процесс можно внести изменения. Изменить профиль заготовки, в результате этого увеличится коэффициент использования материала, а так же, 030 токарно-винторезная, операция станет ненужной, то она онулируется. Ещё можно объединить 070 токарную с ЧПУ операцию связанную с обработкой внутреннего отверстия и 080 токарную с ЧПУ операцию связанную с обработкой фаски с тыловой стороны применив при этом специальный инструмент, тем самым сократив время на переустановку детали, сокращением количества оборудования и производственных площадей.

Сравнительная характеристика по операциям и применяемому оборудованию базового и проектируемого технологических процессов приведена в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Сравнительная таблица базового и проектируемого технологического процесса

2.2.2 Выбор и обоснование технологических баз На первой 010 вертикально-сверлильной операции технологическими базами являются торец и наружная поверхность. Первая операция предназначена для сверления в детали сквозного отверстия. На второй 030 токарно-винторезной операции технологическими базами являются наружная поверхность вращения и торец. Эти базы является черновыми, и служат для подготовки чистовых технологических баз для последующей обработки детали. На 040 токарно-винторезной и 060, 180, 050 токарных с ЧПУ операциях операции технологическими базами являются торец и наружная поверхность. На 070 вертикально-протяжной операции технологическими базами являются торец. На 080 вертикально-сверлильной операции технологическими базами являются торец и наружная поверхность. На 090 сверлильной с ЧПУ операции технологическими базами являются торец, наружная поверхность вращения и выточка для обеспечения необходимой точности обрабатываемых отверстий. В этом случае обеспечивается размерная точность и совмещение конструкторских и технологических баз.

Для окончательных 160 торцешлифовальной и 170 круглошлифовальной операциях в качестве технологических баз используется торец и шлицевое отверстие, в результате соблюдения принципа постоянства и совмещения баз выдерживаться размерная точность.

Данные по обоснованию технологических баз представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 — Обоснование технологических баз

2.2.3 Выбор оборудования и технологической оснастки Выбор оборудования производим в соответствии с типом производства, производительностью, мощностью станка, обеспечения предъявляемых к детали технических требований по точности. Данные по выбору оборудования для изготовления детали приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 — Выбор оборудования

Выбор установочно-зажимных приспособлений, режущего, вспомогательного, измерительного инструмента осуществляется в соответствии с конструктивными особенностями изготовляемой детали, схемой ее базирования, точности её изготовления, выбранным для обработки оборудованием. Данные по выбору этих элементов приведены в таблицах 2.4 — 2.7.

Таблица 2.4 — Выбор установочно-зажимных приспособлений

Таблица 2.5 — Выбор режущего инструмента

Таблица 2.6 — Выбор вспомогательного инструмента

Таблица 2.7 — Выбор измерительного инструмента

2.3 Разработка операционного технологического процесса

2.3.1 Определение межоперационных припусков и операционных размеров Для детальной разработки технологии обработки детали производим разбивку операции по технологическим переходам. Данные по переходам заносим в таблицу 2.8.

Таблица 2.8 — Разбивка операций технологического процесса по технологическим переходам

Определение межоперационных припусков и операционных размеров с допусками на обработку начинается с маршрута обработки поверхности детали с указанием точности обработка и шероховатости, на каждом переходе механической обработки. Данные по характеристике обрабатываемых поверхностей детали заносят в таблицу 2.9

Таблица-2.9 — Характеристика обрабатываемых поверхностей

Производим аналитический расчет припусков на поверхность? 50 используя методику [ ]. Пользуясь чертежом детали и картами технологического процесса, записываем в таблице технологические переходы обработки наружной поверхности в порядке их последовательности. Данные по расчету заносим в таблицу 2.10.

Выбираем параметры качества поверхности на соответствующие виды обработки для заготовки и операций механической обработки. По таблице 4.3 (стр.63) определяем значение Rz и T для заготовки, а по таблице 4.5−4.6 Rz и T определяем по переходам.

Определяем суммарное пространственное отклонение, для заготовки данного типа используя формулу (таблиц 4.7):

с = v ссм2 +скор2, (2.4)

скор=?к l

где ?к — удельная кривизна заготовки на 1 мм длины (с. 72 таблица 4.8);

?к=1,5 мкм/мм ссм — смещение оси заготовки, мм; ссм =0,9мкм (с. 73 таблица 34)

l — длина заготовки, мм; l=87 мм с=v0,92 +(1,5*87) 2=909 мкм;

Остаточное пространственное отклонение в зависимости от обработки определяется по формуле:

сост=ky* сзаг, (2.5)

где ky — коэффициент уточнения формы в зависимости от вида обработки по переходам;

ky = 0,06- точение черновое;

ky = 0,05- точение получистовое;

ky = 0,04- точение чистовое;

ky = 0,02- шлифование;

сост=0,06*909=54,5 мкм — точение черновое;

сост=0,05*909=45,5 мкм — точение получистовое;

сост=0,04*909=36,4 мкм — точение чистовое;

сост=0,02*909=18,2 мкм — шлифование;

Определяем погрешность установки по формуле:

Еу =vЕб2+ЕЗ2, (2.6)

Еб — погрешность базирования, мкм: Еб=0, так как деталь устанавливается в трёхкулачковый патрон ЕЗ — погрешность закрепления, мкм:

ЕЗ=110мкмточение черновое; (с. 80 таблица 4.11)

ЕЗ=90мкм — точение получистовое;

ЕЗ=80мкм — точение чистовое;

ЕЗ=70мкм — шлифование;

Еу =v02+1102 =110мкмточение черновое;

Еу =v02+902 =90мкм — точение получистовое;

Еу =v02+802 =80мкм — точение чистовое Еу =v02+702 =70мкм — шлифование;

Определяем минимальное значение межоперационных припусков:

2Zmin=2*(Ri-1+Ti-1+vс2i-1+E2i), (2.7)

2Zmin=2*(150+250+v9092+1102)=2*1315 мкм — точение черновое;

2Zmin=2*(100+100+v54,52+902)=2*305 мкм — точение получистовое;

2Zmin=2*(50+50+v45,52+802)=2*192 мкм — точение чистовое;

2Zmin=2*(30+30+v36,42+702)=2*139 мкм — шлифование;

Определяем расчётный размер:

dр=dр +2Zmin, (2.9)

dр=50+0,002=50,002 мм — шлифование;

dр=50,002+2*0,139=50,28 мм — точение чистовое;

dр=50,28+2*0,192=50,664мм — точение получистовое;

dр=50,664+2*0,305=51,274 мм — точение черновое;

dр=51,274+2*1,315=53,904мм — заготовка;

Определяем минимальное и максимальное предельное значение допуска:

2Zmin= dmin i-1- dmin, (2.10)

2Zmах= dmах i-1- dmах, (2.11)

dmin — предельный размер, мм;

2Zmin=53,904−51,274=2,63мм=2630мкм

2Zmin=51,274−50,664=0,61мм=610мкм

2Zmin=50,664−50,28=0,384мм=384мкм

2Zmin=50,28−50,002=0,278мм=278мкм

2Zmах=55,804−52,034=3,77мм=3770мкм

2Zmах=52,034−50,784=1,25мм=1250мкм

2Zmах=50,784−50,326=0,458мм=458мкм

2Zmах=50,326−50,021=0,305мм=305мкм На другие поверхности припуски по переходам назначаем табличным методом из таблиц справочника[ ].

Таблица 2.10 — Аналитический расчет припусков

Проводим проверку:

дзаг. — дт.ч.= 2Zmaxпр — 2Zminпр, (2.8)

1900 — 760=3770 — 2630;

1140=1140;

Условие выполнено.

Схема графического расположения припусков и допусков на обработку поверхности 50к6

На другие поверхности припуски по переходам назначаем табличным методом из таблиц справочника [ ]. Данные по расчетам заносим в таблицу 2.11

Таблица 2.11-Табличный расчет припусков

2.3.2 Определение режимов резания на проектируемые операции (переходы) Определяем режимы резания по эмпирическим формулам на 090 сверлильную с ЧПУ операцию, при сверлении отверстия 28 мм, используя методику [ ].

Определяем глубину резания:

t=0,5*D, (2.9)

где D — диаметр сверла, мм; D=55мм;

t=0,5*28=14мм.

Определяем подачу на оборот S=0,2мм/об (с. 277, табл. 25)

Определяем скорость резания по формуле:

V=(Cv*Dq/Tm*Sy)*Kv, (2.10)

где Cv — коэффициент, Cv=7,0; (с. 278, табл. 28)

D — диаметр сверла, мм; D =28мм.

T — период стойкости инструмента, мин; T=50мин (с. 278, табл. 30)

S — подача при сверлении, мм/об.

y, q, m — показатели степени, q=0,40; y=0,7; m=0,2 (с. 278, табл. 28)

Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактическое условие резания:

Kv= Kmv*Kиv*Кlv, (2.11)

где Kmv — коэффициент на обрабатываемый материал; Kmv=0,67 (с. 261, табл. 1)

Kиv — коэффициент на инструментальный материал; Kиv =1 (с. 263, табл. 6)

Кlv — коэффициент, учитывающий глубину сверления; Кlv =1 (с. 280, табл. 31)

Тогда Kv=0,67*1*1=0,67

По выбранным данным рассчитываем скорость резания:

V=(7,0*280,40/600,2*0,20,7)*0,67=22м/мин.

Определяем частоту вращения шпинделя станка и корректируем по паспортным данным:

n=1000*V/р*D, (2.12)

n=1000*22/3,14*28=250об/мин.

Определяем действительную скорость резания:

Vд= р*D*n/1000, (2.13)

Vд=3,14*55*125/1000=22м/мин.

Определяем крутящий момент:

Мкр=10Cм*Sy*Dq*Кр, (2.14)

где D — диаметр сверла, мм; D =28мм.

S — подача инструмента при сверлении, мм/об; S=0,2мм/об.

q, y — показатели степени, q=2,0; y=0,8. (с. 281, табл. 32)

Cмкоэффициент, Cм=0,0345; (с. 281, табл. 32)

Кр= Кмр=(уВ / 750) n, (2.15)

уВ — предел прочности материала; уВ =1000

nпоказатель степени; n=0,75 (с. 264, табл. 9)

Кр= (1000 / 750)0,75 =1,2

Тогда: Мкр=10*0,0345*0,20,8*282,0*1,2=87,7 Н*м.

Определяем осевую силу:

Ро=10Cр*Sy*Dq*Кр, (2.16)

где D — диаметр сверла, мм; D =28мм.

S — подача инструмента при сверлении, мм/об; S=0,2мм/об.

q, y — показатели степени, q=1,0; y=0,7. (с. 281, табл. 32)

Cркоэффициент, Cр=68; (с. 281, табл. 32)

Ро=10*68*0,20,7*281,0*1,2=7404,7 Н*м Определяем основное время:

T0=(L/S0*n)*i, (2.17)

где L — длина сверления, мм; L =25мм.

S0 — подача инструмента при сверлении, мм/об.

i — число проходов; i =2

T0=(25/0,2*250)*2=1 мин.

Проверяем правильность расчетов по мощности. Для этого определяем мощность необходимую на резание:

Nрез=Мкр*n/9750, (2.18)

Nрез=87,7*250/9750=2,2 кВт;

Но необходимо, чтобы соблюдалось условие Nрез? Nшп.

Определяем мощность на шпинделе станка:

Nшп=Nэ.д.*з, (2.19)

где Nэ.д. — мощность электродвигателя станка, кВт;

з — КПД станка.

Из паспортных данных станка Nэ.д.=10 кВт, а з=0,8.

Nшп=10*0,75=8 кВт

2,2?8

Условие выполнено.

Определяем режимы резания по эмпирическим формулам на 030 токарно-винторезную операцию, при обработке наружной цилиндрической поверхности, используя методику [ ].

Определяем глубину резания:

t=(D2-D½)*i, (2.20)

t=6,5 мм Определяем подачу:

S=0,1мм/об.

Определяем скорость резания по формуле:

V=Vтаб*К1*К2*К3, (2.21)

где К1 — коэффициент зависящий от обработки материала К1=0,75;

(с. 32, карта 4)

К2 — коэффициент зависящий от стойкости и марки твердого сплава К2=1,25;

(с. 33, карта 4)

К3 — коэффициент, зависящий от вида обработки; К3 =0,85, (с. 34, карта 4)

Vтаб — табличное значение скорости резания, Vтаб=125 м/мин;

(с. 29, карта 4)

V=125*0,75*1,25*0,85=99,6 м/мин;

Определяем число оборотов шпинделя:

n=1000*V/р*D, (2.22)

Dдиаметр обрабатываемой поверхности, мм; D=66мм.

n=1000*99,6/3,14*66=480 об/мин;

Корректируем по паспортным данным станка: n=400 об/мин.

Уточняем скорость резания по принятому числу оборотов шпинделя:

V= р*D*n/1000, (2.23)

V=3,14*66*400/1000=82,9м/мин.

Определяем основное время:

T0=(L/S0*n)*i, (2.24)

где L — длина сверления, мм; L =70мм.

S0 — подача инструмента при точении, мм/об.

i — число проходов; i =2

T0=(70/0,1*400)*2=3,5 мин Проверяем правильность расчетов по мощности. Для этого определяем мощность необходимую на резание:

Nрез= Рz*V/6120, (2.25)

Рz= Рz табл.*К1*К2 (2.26)

Рz табл — главная составляющая силы резания, кН; РZ =220 кH (с. 35,карта Т-5)

К1- коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала; К1=0,85

К2- коэффициент, зависящий от скорости резания и переднего угла при точении сталей твёрдосплавным инструментом; К2=1

Рz=220*0,8*1=176 Н

Nрез=176*82,9/6120=2,4 кВт;

Но необходимо, чтобы соблюдалось условие Nрез? Nшп.

Определяем мощность на шпинделе станка:

Nшп=Nэ.д.*з (2.27)

где Nэ.д. — мощность электродвигателя станка, кВт;

з — КПД станка.

Из паспортных данных станка Nэ.д.=10 кВт, а з=0,75.

Nшп=10*0,75=7,5 кВт

2,4?7,5

Условие выполнено.

Остальные режимы резания определяем аналогично и заносим в таблицу 2.12

2.3.3 Нормирование проектируемой операции Расчет норм времени на 030 токарно-винторезную операцию с подробным описанием выбора и расчетов [ ].

Определяем штучное время:

деталь заготовка фланец резание Тшт=1/q*То+Тв*(1+ (аобсл.+ аотл.)/100), (2.28)

где q — число одновременно обрабатываемых деталей, q=1 шт.

То — основное время на операцию, мин;

Тв — вспомогательное время на операцию, мин;

аобсл. — время на техническое и организационное обслуживание рабочего, мин;

аотл.- время на отдых и личные потребности, мин;

Основное время на операцию рассчитано выше и приведено в таблице 1.12 пояснительной записки, мин; То=3,5+0,76 =4,26мин, Определяем вспомогательное время на операцию:

Тв=Твуст+Твп+ Твоп +Твизм+Твв, (2.29)

где Твуст — время на установку и снятие детали, мм; Твуст=0,42мин,

(с. 32, карта 2)

Твп — вспомогательное время, на проход, мин; Твп =0,17мин; (с. 66, карта 18)

Твоп — вспомогательное время, связанное с приёмами, не вошедшими в комплекс, мин;

— изменить число оборотов шпинделя — 0,07мин, (с. 69, карта 18)

— изменить величину и направление подачи — 0,06мин,

(с. 69, карта 18)

— установить и снять инструмент — 0,05мин, (с. 69, карта 18)

— закрыть и открыть щиток ограждения от стружки — 0,02мин, (с. 69, карта 18)

Твоп =0,07+0,06+0,05+0,02=0,2 мин Твизм — вспомогательное неперекрываемое время на измерение, мм;

Твизм =0,23 мин, (с. 191, карта 86).

Тв=0,42+0,17+0,2+0,23=1,02 мин.

Определяем время на техническое и организационное обслуживание рабочего места, отдых и личные потребности:

аобсл.=3,5% (с. 70 карта 19).

аотл.=4% (с. 203 карта 88).

Определяем подготовительно-заключительное время:

Тп-з=Тп-з1+Тп-з2+Тп-з3, (2.30)

где Тп-з1 — норма подготовительно-заключительного времени, на наладку станка, инструмента и приспособлений; Тп-з1 =14 мин, (с. 70, карта 19).

Тп-з2 — норма подготовительно-заключительного времени, на дополнительные приёмы; Тп-з2=7мин, (с. 70, карта 19).

Тп-з3 — норма подготовительно-заключительного времени, на получение инструмента и приспособлений до начала и сдачу их после окончания обработки; Тп-з3=8мин, (с. 70, карта 19).

Таким образом:

Тп-з=14+7+8=29мин;

Тшт=1/1*(4,26+1,02)*(1+(3,5+4)/100)=5,68мин;

Определяем штучно-калькуляционное время:

Тш-к=Тшт+Тп-з/n, (2.31)

n — число заготовок в партии, n=32шт.

Тш-к=5,68+29/32 =6,52 мин.

3. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

3.1 Расчёт приспособления для установки заготовки

3.1.1 Описание назначения, устройства и принципа работы проектируемого приспособления Данное приспособление предназначено для полной обработки четырёх отверстий М14*1,5−6Н и двух пазов шириной 30 мм на сверлильном станке с ЧПУ 2С150ПМФ4 различными видами инструмента. Приспособление устанавливается на стол станка и ориентируется с помощью шпонок 8. Приспособления к столу станка крепится болтами 9.

Принцип работы проектируемого приспособления состоит в следующем. Деталь в приспособлении устанавливается на кольцо 4, торцевой поверхностью и на палец 3 внутренней цилиндрической поверхностью. Точность установки заготовки обеспечивается втулкой 2. Втулка устанавливается в отверстие пальца Ш 20 с базированием в детали по отверстию Ш 95. Зажим детали осуществляется при помощи прихвата 5, зажимом гайки 12. Основной деталью приспособления, является корпус 1. На корпусе 1, палец 3 фиксируется штифтами 14 и крепится при помощи винтов 10, кольцо 4 фиксируется штифтами 15 и крепится винтами 10.

Рисунок 3 — Эскиз приспособления

3.1.2 Расчет приспособления на точность Для определения допуска выполняемого размера анализируются размеры обрабатываемой поверхности с целью выявления тех элементов поверхностей, точность которых не обеспечивается инструментом, а зависит от приспособления.

Определяем погрешность изготовления приспособления Епр. согласно [ 1 ] и рассчитываем по формуле:

Епр. ТКт. v (Кт1 * Еб.)2 + Е з 2 + Еу2 + Еи2 + Епи2 + (Кт2 * щ)2,(3.1)

где Т — допуск выполняемого размера, мм; Т = 0,22 мм Еб — погрешность базирования, мм;

Е з — погрешность закрепления, мм;

Еу — погрешность установки приспособления на станке, мм;

Еи — погрешность положения делали из-за износа установочных элементов приспособления, мм;

Епи — погрешность от перекоса инструмента, мм;

Кт = 1…1,2 — коэффициент, учитывающий отклонение рассеяния значения значений составляющих величин, от закона нормального распределения;

Кт1 = 0,8…0,85 — коэффициент, учитывающий уменьшения предельного значения погрешности базирования при работе на настроенных станках;

Кт2 = 0,6…0,8 — коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности, вызываемой факторами, не зависящими от приспособления, мм;

щ — экономическая точность обработки, мм.

щ по 10 квалитету точности, допуск на размер 0,07 мм;

Определяем погрешность базирования Еб из геометрических построений по формуле:

Еб = ТD 1 +2*е, (3.2)

ТD — допуск по диаметру, мм; ТD =0,22 мм (табл. 74, стр.173)

е — допуск на расположение втулки, е =0,021 мм;

Еб = 0,5*0,22 + 2*0,021 = 0,15 мм.

Определяем погрешность закрепления Е з.

Е з = 0,08 мм (табл.76, стр.165)

Определяем погрешность установки приспособления на станке Еу мм.

Еу = д L1 + 0,25 У S, (3.3)

Еу = 0,04 + 0,25*0,087 = 0,06 мм (табл 79, стр.171)

д L1 — допуск на расположение координат штифтовых отверстий; д L1= 0,04 мм У S — сумма максимальных зазоров между штифтами и отверстиями, У S = 0,087 мм;

Определяем погрешность положения делали, из-за износа установочных элементов приспособления Еи, мм.

Еи = U = U0*k1*k2*k3*k4* (N/N0), (3.4)

U0 = 40 мкм = 0,04 мм (табл. 81. стр.174)

k1 = 0,97; k2 = 1,25; k3 =0,94; k4 = 2,8; (табл. 82. стр.186)

U = 0,04*0,97*1,25*0,94*2,8 (5000/100 000) = 0,0064 мм.

Еи = 0,0064 мм;

Определяем погрешность от перекоса инструмента Епи мм.

Епи = 0,05 мм; (ст.176)

Определяем расчетную погрешность изготовления приспособления Епр. рассчитывая по упрощенной формуле:

Епр. = 0,22 -1 v (0,8*0,15)2+0,082+0,062+0,642+0,052 + (0,7*0,07)2 = 0,05

Епр = (0,2…0,3)*Т, (3.5)

Епр = 0,2*0,22 = 0,044

0,044?0,05

Таким образом, условие выполнено, данное приспособление обеспечит необходимую точность.

3.1.3 Расчет усилия зажима заготовки в приспособлении Для определения усилия зажима заготовки составляют уравнение моментов из условия равновесия заготовки под действием всех сил. Для этого вычерчивают эскиз обработки. На нем изображают места приложения и направления сил, действующих на заготовку в процессе обработки.

Рисунок4 — Схема действия сил на заготовку во время обработки Для расчета усилия зажима заготовки в приспособлении буду использовать справочник.

Сила закрепления для данной схемы определяется по формуле

W=КМ/fd, (3.6)

Где К — коэффициент запаса, Мкрутящий момент Н, М=87,7Н;

d — длина плеча, мм; d=0,02 м;

fкоэффициент трения в месте контакта заготовки с опорами, f= 0,45

Коэффициент запаса К, учитывающий нестабильность силовых воздействий на заготовку, вводят при вычислении силы W для обеспечения надежного закрепления:

К=К0К1К2К3К4К5К6, (3.7)

где К0=1,5 — гарантированный коэффициент запаса, (с.382);

К1 — учитывает увеличение силы резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях заготовок, при черновой обработке К1=1,0 (с.382);

К2 — учитывает увеличение сил резания вследствии затупления режущего инструмента (с. 382,табл. 2).Принимаю при фрезеровании с осевой силой К2=1,0.

К3 — учитывает увеличение силы резания при прерывистом резании. Если резание не является прерывистым, то К3=1,0 (с.383).

К4 — характеризует постоянство силы, развиваемой ЗМ. Для ЗМ с немеханизированным приводом К4=1,3(с.383)

К5 — характеризует эргономику немеханизированного ЗМ. При удобном расположении рукоятки и малом угле ее поворота К5=1,0.

К6 — учитывают только при наличии моментов стремящихся повернуть заготовку, установленную плоской поверхностью. При установке заготовки плоской поверхностью на опорные штыри расположение точек контакта постоянное и К6=1,5.

Определяем коэффициент запаса исходя из выбранных его составляющих К=1,5· 1,0·1,0·1,0·1,3·1,0·1,5 = 2,9

Определяем усилие зажима

W=2,9*87,7/0,45*0,02= 28 258 Н для двух прихватов

W= W/2=28 258/2=14 129Н для одного Данное усилие зажима достаточно, для того чтобы противостоять силе резания действующей на заготовку в процессе обработки

3.1.4 Расчет основных параметров зажимного механизма Зажимной механизм — совокупность зажимного элемента, простых (промежуточных) элементов и приводов. Назначение зажимного механизма — непосредственное воздействие на заготовку с целью ее прижима к опорам.

Усилие развиваемое рукой рабочего через винтовой механизм передается на деталь. Преимуществом винтового механизма является: простота и компактность конструкции, широкое использование стандартных деталей; удобство в наладке; хорошая ремонтопригодность; возможность получать значительную силу закрепления заготовок;большой ход нажимного винта, позволяющий надежно закрепить заготовку со значительными отклонениями размеров. Расчет винтового зажимного механизма, производим используя справочник.

Рисунок 5 — Схема усилия Г-образных прихватов

Q = (W — q)*(1 — 3*f*l/H), (3.8)

где W — прелагаемое усилие, H; W =14 129 Н

l — плечо приложения усилия прихвата, мм; l = 45 мм

f — коэффициент трения в направляющих прихвата; f = 0,05

q — усилие возвратной пружины, Н; q = 0,25 Н

H — длина опорной поверхности направляющих прихвата, мм; H = 70 мм

Q = (14 129 — 0,25)*(1 — 3*0,05*45/70) = 12 773 H = 12 kH

Номинальный диаметр резьбы определяется по формуле:

d = c*vW/[ур], (3.9)

где с — коэффициент для метрической резьбы, с = 1,4

[ур] - допускаемое напряжение материала, МПа; [ур] = 100 МПа

d = c*vW/[ур] = 1,4*v12773/100 = 17,7 мм По справочнику [ ], принимаю диаметр винта d = 18 мм Момент затяжки определяем по формуле:

М = 0,5(Q + q)*(dcр*tg (бр + ц) + f*(D3н.т. — d3 В. т)/(3(D2н.т. — d2 В. т))), (3.10)

где f — коэффициент трения на торце гайки; f = 0,1

ц — угол трения в резьбовой паре; ц = 5°

бр — угол подъёма канавки прихвата; бр = 5°

D3н.т., d3 В. т — соответственно наружный и внутренний диаметры опорного торца гайки, мм; D3н.т. = 28 мм; d3 В. т = 18 мм

q — усилие возвратной пружины, Н; q = 0,25 Н М = 0,5(12 773 — 0,25)*(12*tg (5 + 5) + 0,1*(283н.т. — 183 В. т)/(3(282н.т. — 182 В. т))) = 14 909 Н*мм Длина дуги поворота прихвата:

S = П*dв.т*б/360

где б — угол поворота прихвата; б = 90°

S = 3,14*12*90/360 = 10 мм Подъём (опускание) прихвата при повороте

h = S*ctgш где ш — угол поворота прихвата; ш = 35°

h = 10*ctg35°= 14 мм

3.1.5 Расчет на прочность деталей приспособления Расчет на прочность детали в виде стержня круглого сечения, нагруженного осевой силой, по допускаемым напряжениям растяжения (сжатия) осуществляется по формуле:

у=4 Р0/(Пd2)?[ у ], (3.11)

где у — фактическое напряжение растяжения, МПа;

Р0 — расчетная осевая сила, Н; Р0 =7404,7Н

d — диаметр опасного сечения, мм;

[ у ] - допускаемое напряжение растяжения, [ у ] = 80−100 МПа;

Определение необходимого размера опасного сечения производим по формуле:

d = v (4* Р0)/(П*[ у ], (3.12)

d = v (4*7404,7)/(3,14*90) = 10,2 мм

10,2 мм < 18 мм Так как полученные значения меньше принятых в конструкции приспособления, то условие прочности выполняется.

3.2 Описание и расчёт контрольно измерительного инструмента Для контроля отверстия Ш93+0,22 при расточке отверстия на операции 060 применяется калибр-пробка. Данный контрольно-измерительный инструмент предназначен для бесшкальной проверки отверстий Ш50−100мм и состоит из рукоятки и двух вставок: проходной ПР и непроходной НЕ предназначенных для непосредственного контроля. Проходная сторона пробки изготавливается по наименьшему предельному размеру отверстия и должна входить в него. Если пробка не входит, то размер отверстия меньше наименьшего предельного размера. Но этот брак исправим, поскольку размер отверстия может быть увеличен последующей обработкой.

Номинальный размер для непроходной стороны является наибольший предельный размер отверстия. Непроходная сторона не должна входить в отверстие, если она входит в него это означает, что размер отверстия больше наибольшего предельного, это означает, что изготовлен неисправимый брак.

Проходная вставка отличается большей длиной. Это делается для того, чтобы пробка лучше центрировалась в проверяемом отверстии и не перекашивалась. Непроходная сторона обычно короткая, поскольку она не входит в отверстие.

Расчет измерительного инструмента производим, используя методику [ 4 ].

Определяем размеры калибр-пробки; для контроля отверстия диаметром

D = 93 мм с полем допуска Н11.

По ГОСТ 25 347– —82 находим предельные отклонения отверстия; они равны + 220 мкм и 0.

Следовательно, Dmax = 93,22 мм; Dmin =93,00 мм. По ГОСТ. 24 853—81 находим допуски и предельные отклонения калибров для IT11 в интервале 80…100 мм: Н =15 мкм; z = 28 мкм; у = 0 мкм.

По этим данным строим схему расположения полей допусков калибр-пробки (рис. 6).

Наибольший размер новой проходной калибр-пробки ПРmax = Dmin + z + Н/2, (3.13)

ПРmax =93,00 + 0,028 +0,015/2 = 93,0355 мм.