Модернизация коробки скоростей станка

Современный этап социального и экономического развития общества характеризуется постепенным повышением развития многих отраслей производства, требующих создания новых машин, механизмов и оборудования для комплексной механизации и автоматизации технологических процессов. Однако в современной промышленности остается не востребованным большое количество морально устаревших станков, заменить которые на современное, экономичное и высокотехнологичное оборудование в короткое время и с наименьшими затратами не представляется возможным.

Одним из путей решения этой проблемы является модернизация станков, которая предусматривает повышение их экономичности, универсальности и производительности, а так же комплексную механизацию и автоматизацию трудоемких процессов, сокращение потерь рабочего времени на вспомогательные и второстепенные операции.

Модернизация станочного парка обеспечивает повышение производительности, увеличения коэффициента использования оборудования, автоматизацию работы станков и т. д.

Металлорежущие станки предназначены для производства современных машин, приборов, инструментов и других изделий. Следовательно, их количество и качество, техническая оснащенность, характеризует производственную и экономическую мощь страны.

В настоящее время особое значение приобретает создание гибких производственных систем, способных быстро и с малыми затратами перестраиваться на выпуск новых изделий и работать без непосредственного участия человека в процессе изготовления продукции.

1. Общая часть

1.1 Назначение станка

Сверлильные станки предназначены для сверления отверстий, нарезания в них резьбы метчиком, растачивания, развертывания и притирки отверстий, вырезания дисков из листового металла и т. д. Эти операции выполняют сверлами, зенкерами, развертками и другими инструментами.

Существуют несколько типов универсальных сверлильных станков. Наиболее распространенными являются вертикально-сверлильные станки. Их применяют преимущественно для обработки отверстий в деталях сравнительно небольшого размера. Для совмещения осей обрабатываемого отверстия и инструмента на этих станках предусмотрено перемещение заготовки относительно инструмента.

Станок 2Н150 является универсальным вертикально-сверлильным и относится к конструктивной гамме вертикально-сверлильных станков средних размеров, с условными диаметрами сверления 18…50 мм.

Станки этой группы широко унифицированы между собою.

Агрегатная компоновка и возможность автоматизации большинства типов операций обеспечивают создание на их базе более экономичных, узкоспециализированных станков, оптимизированных для изготовления конкретных деталей из конкретных, заранее обусловленных материалов.

1.2 Техническая характеристика станка

Наибольший диаметр сверления d = 50 мм Конус шпинделя Морзе № 4

Частота вращения шпинделя n = 22,4…1000 мин^-1

Кол-во включений Z_n = 12

Пределы передачS = 0,1…1,2 мм/об

Число подачZ_S = 12

Мощность эл. двигателяN = 7 кВт Частота вращения эл. двигателяn_{эл.дв. =} 1440 мин^-1

2. Расчетно-конструкторская часть

2.1 Кинематический анализ коробки скоростей станка мод. 2Н150

2.1.1 Уточнение исходных данных

Определяем диапазон регулирования Определяем знаменатель ряда частот вращения шпинделя.

2.1.2 Построение стандартного ряда

По нормали Н11−1 строим стандартный ряд частот вращения шпинделя.

n₁ = 22,4 мин^-1n₇ = 180 мин^-1

n₂ = 31,5 мин^-1n₈ = 250 мин^-1

n₃ = 45 мин^-1n₉ = 355 мин^-1

n₄ = 63 мин^-1n₁₀ = 500 мин^-1

n₅ = 90 мин^-1n₁₁ = 710 мин^-1

n₆ = 125 мин^-1n₁₂ = 1000 мин^-1

2.1.3 Определение функций групповых передач.

Составляем уравнение цепи главного движения

Группа «1»

Группа «2»

Группа «3»

Показатели степени при определении R_i обозначают характеристики этой групповой передачи.

Следовательно — гр «1» основная -«а» с характеристикой Х_«а»=2

— гр «2» 1-я переборная -«б» с характеристикой Х_«б»=3

— гр «3» 2-я переборная -«в» с характеристикой Х_«в»=6

2.1.4 Составление структурной формулы

В коробке скоростей есть приводная передача, два блока двойчатки и тройчатка.

Структурная формула имеет вид:

P_«a» P_«б» P_«в»

Проверяем структурную формулу на пригодность:

Следовательно, коробка скоростей будет простой конструкции, то есть без переборного механизма.

2.1.5 Построение структурной сетки

Рис 2.1 — Структурная сетка

2.1.6 Определение передаточных отношений

Приводная

Группа «а»

Группа «б»

Группа «в»

Постоянная

2.1.7 Построение структурного графика

Рис 2.2 — Структурный график

2.1.8 Определение действительных частот вращения шпинделя

2.1.9 Определение действительных отклонений и сравнение с допускаемыми значениями

Все отклонения вошли в пределы допустимых значений.

2.2 Кинематический расчет коробки скоростей согласно заданию на модернизацию

2.2.1 Уточнение исходных данных

Определяем знаменатель ряда частот вращения шпинделя.

2.2.2 Построение стандартного ряда

По нормали Н11−1 строим стандартный ряд частот вращения шпинделя.

n₁ = 56 мин^-1n₅ = 355 мин^-1

n₂ = 90 мин^-1n₆ = 560 мин^-1

n₃ = 140 мин^-1n₇ = 900 мин^-1

n₄ = 224 мин^-1n₈ = 1400 мин^-1

2.2.3 Составление структурной формулы

Расположение групповых передач оставляем, как на базовой модели.

Для получения (восемь включений) поменяем блок тройчатку на блок двойчатку в группе «а».

Структурная формула примет вид:

Определяем характеристики групповых передач Х_«a» = P_«a» — 1 = 2 — 1 = 1

Х_«б» = P_«a» (Р_«б» — 1) = 2 (2−1) = 2

Х_«в» = P_«a» P_«б» (Р_«в» -1) = 2 2(2−1) = 4

Проверяем структурную формулу на пригодность:

Следовательно, коробка скоростей будет простой конструкции, то есть без переборного механизма.

2.2.4 Построение структурной сетки

Рис 2.3 — Структурная сетка

2.2.5 Построение структурного графика

Рис 2.4 — Структурный график

2.2.6 Определение числа зубьев групповых передач

Группа «а»

Z=60 (см. базовую модель)

Группа «б»

Z=57 (см. базовую модель)

Группа «в»

Z=84 (см. базовую модель)

Постоянная

Z=84 (см. базовую модель)

2.2.7 Определение действительных частот вращения шпинделя

2.2.8 Определение действительных отклонений и сравнение с допускаемыми значениями

Все отклонения вошли в пределы допустимых значений.

2.3 Определение мощности и выбор электродвигателя

2.3.1 Выбор расчетной обработки

Выбираем расчетный диаметр

;

D_max = 50 мм. (по паспорту) Расчетное значение диаметра сверла корректируем по ГОСТ 885–64, в соответствии с градацией диаметра спиральных сверл.

Принимаем D = 33 мм.

Материал режущей части сверла Р6М5.

Определяем подачу: S = C_s D^0,6 мм/об.

Обрабатываемый материал — медные сплавы.

S = (0,065 … 0,130) D^0,6 — для медных сплавов.

S = (0,065 … 0,130) 33^0,6 = 0,52…1,05 — мм/об.

Корректируем подачу по паспорту станка, принимаем 1 мм/об.

Определяем скорость резания

— м/мин Т = (3…4) D — стойкость инструмента

Т = 99…132 мин, Принимаем Т = 120 мин.

С_V = 28,1 (медь) m = 0,125

q_V = 0,25 y_V = 0,55

(замена на Р6М5)

м/мин.

Определяем частоту вращения шпинделя

мин^-1

Корректируем по графику станка:

n_ст= 355 мин^-1

Определяем действительную скорость

м/мин.

2.3.2 Определение крутящего момента и потребной мощности

Определяем крутящий момент

С_М= 0,012; q_m = 2; K_P = 1 (медные сплавы)

М_КР= 9,810,1 233²1^0,81 = 128 нм

Определяем потребную мощность

К₁ = 1,04 … 1,05 коэфф. учитывающий дополнительные затраты мощности на подачу суппорта.

К₂ = 1 … 1,3 коэфф. учитывающий возможность кратковременных перегрузок.

_гл — КПД цепи главного движения

_гл = _{прив.пер.} ^х_муфты ^у_{зуб.пер} ^z_{подшип.}

_гл = 0,98 0,99 0,985⁵ 0,995¹² = 0,83

Принимаем электродвигатель асинхронный 4А100L4

ГОСТ 19 523–81

N = 5,5 кВт;n_эл.дв.=1430 мин^-1

2.4 Расчет приводной передачи

Приводная передача связывает вал электродвигателя с первым валом коробки скоростей.

2.4.1 Кинематический расчет приводной передачи

Приводная передача зубчатая.

Определяем передаточное отношение приводной передачи.

Z=50 (см. базовую модель) Для погашения погрешности изменим

тогда

На такое же число кол-во процентов изменятся все отклонения на шпинделе, но они не выйдут за пределы допускаемых значений.

2.4.2 Силовой проверочный расчет приводной передачи

Передачи коробки скоростей закрытые, расчет ведем по методике расчета цилиндрических зубчатых передач по ГОСТ 21 354–78.

Зубчатые передачи проверяют на контактную выносливость зуба и на выносливость при изгибе по формулам:

Z_H = 1,76 (при = 20; = 0) — коэффициент учитывающий форму сопряженных поверхностей зуба.

Z_M = 274 (для стальных колес) — коэффициент учитывающий механические свойства материала сопряженных колес.

Z = 0,9 (при = 20; = 0) — коэффициент учитывающий суммарную длину контактных линий.

— расчетная окружная сила

d = m Z — диаметр делительной окружности

m — модуль зубчатого колеса М_КР — крутящий момент на рассчитываемом валу К_Н — коэффициент нагрузки К_Н = К_Н К_Н К_Нv

К_Н = 1 (прямозубые колеса) — коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями.

К_Н — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца, выбирается по таблице (конспект).

К_Нv — динамический коэффициент, зависящий от окружной скорости, степени точности, твердости поверхности.

b — ширина венца зубчатого колеса

— передаточное число Формула для проверки передач на выносливость при изгибе:

Y_F — коэффициент формы зуба, выбирается по таблице (конспект).

K_F — коэффициент нагрузки

К_F = К_F К_Fv

К_F — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине зуба.

К_Fv — динамический коэффициент.

К_Fv = 2К_Hv — 1 при НВ < 350

Рассчитываем передачу

Рассчитываемое колесо Z = 24 b = 15 мм, m = 2,5 мм расположение консольное.

Степень точности 7С, НВ < 350

Диаметр делительной окружности d = m Z = 2,5 24 = 60 мм Крутящий момент:

Окружная сила:

Передаточное число Коэффициент нагрузки К_Н = К_Н К_Н К_Нv = 1 1,1 1,21 = 1,33

К_Н = 1 (= 20; = 0)

К_Н = 1,1 ()

К_Нv = 1,21 ()

Проверяем передачу на контактную выносливость

Коэффициент формы зуба У_F = 3,96 (при Z = 24)

Коэффициент нагрузки К_F = К_F К_Fv = 1,37 1,42 = 1,94

К_F = 1,37 ()

К_Fv = 2К_Hv — 1 = 2 1,21 -1 = 1,42

Проверяем передачу на выносливость при изгибе.

Назначаем материал зубчатого колеса ;

сталь 40НХ закалка ТВЧ сквозная 48…56 HRC

2.5 Силовые проверочные расчеты зубчатых передач

Коробка скоростей тихоходная, так как n_{шп min}< 80 мин^-1

Расчетными будут являться нижние точки структурного графика, а на предшпиндельном валу определяем дополнительную точку исходя из условия:

2.5.1 Определение расчетных частот вращения валов

2.5.2 Определение крутящих моментов на валах

Строим структурный график с расчетными точками

Рис 2.5 — Структурный график

2.5.3 Силовой проверочный расчет зубчатых передач

В каждой групповой передаче будем проверять меньшее зубчатое колесо.

Группа «а»

Рассчитываемое колесо Z = 25 b = 13 мм, m = 2,5 мм, расположение не симметричное.

Степень точности 7С, НВ < 350

Диаметр делительной окружности d = m Z = 2,5 25 = 62,5 мм Крутящий момент:

Окружная сила:

Передаточное число Коэффициент нагрузки К_Н = К_Н К_Н К_Нv = 1 1,1 1,14 = 1,25

К_Н = 1 (колеса прямозубые)

К_Н = 1,1 ()

К_Нv = 1,14 ()

Проверяем передачу на контактную выносливость

Коэффициент формы зуба У_F = 3,96 (при Z = 25)

Коэффициент нагрузки К_F = К_F К_Fv = 1,04 1,28 = 1,33

К_F = 1,04 ()

К_Fv = 2К_Hv — 1 = 2 1,14 — 1 = 1,28

Проверяем передачу на выносливость при изгибе.

Назначаем материал зубчатого колеса — сталь 45XH закалка ТВЧ, поверхностная НRС 48…52

Группа «б»

Рассчитываем передачу

Рассчитываемое колесо Z = 16 b = 18 мм, m = 3 мм, расположение не симметричное.

Степень точности 7С, НВ < 350

Диаметр делительной окружности d = m Z = 3 16 = 48 мм Крутящий момент:

Окружная сила:

Передаточное число Коэффициент нагрузки К_Н = К_Н К_Н К_Нv = 1 1,25 1,07 = 1,33

К_Н = 1 (колеса прямозубые)

К_Н = 1,25 ()

К_Нv = 1,07 ()

Проверяем передачу на контактную выносливость

Коэффициент формы зуба У_F = 4,3 (при Z = 16)

Коэффициент нагрузки К_F = К_F К_Fv = 1,12 1,14 = 1,27

К_F = 1,12 ()

К_Fv = 2К_Hv — 1 = 2 1,07 — 1 = 1,14

Проверяем передачу на выносливость при изгибе.

Назначаем материал зубчатого колеса — сталь 12XГТ цементация рабочих поверхностей с закалкой (НRС 56…62 / НRС 30…40)

Группа «в»

Рассчитываем передачу

Рассчитываемое колесо Z = 20 b = 25 мм, m = 2,5 мм, расположение не симметричное.

Степень точности 7С, НВ < 350

Диаметр делительной окружности d = m Z = 2,5 20 = 50 мм Крутящий момент:

Окружная сила:

Передаточное число

Коэффициент нагрузки К_Н = К_Н К_Н К_Нv = 1 1,1 1,04 = 1,14

К_Н = 1 (колеса прямозубые)

К_Н = 1,1 ()

К_Нv = 1,04 ()

Проверяем передачу на контактную выносливость

Коэффициент формы зуба У_F = 4,12 (при Z = 20)

Коэффициент нагрузки К_F = К_F К_Fv = 1,07 1,08 = 1,15

К_F = 1,07 ()

К_Fv = 2К_Hv — 1 = 2 1,04 — 1 = 1,08

Проверяем передачу на выносливость при изгибе.

Назначаем материал зубчатого колеса — сталь 12XH3A цементация рабочих поверхностей с закалкой 56…62 НRС / 30…40 НRС

Постоянная

Рассчитываем передачу

Рассчитываемое колесо Z = 28 b = 22 мм, m = 3,5 мм, расположение не симметричное.

Степень точности 7С, НВ < 350

Диаметр делительной окружности d = m Z = 3,5 28 = 98 мм Крутящий момент:

Окружная сила:

Передаточное число Коэффициент нагрузки К_Н = К_Н К_Н К_Нv = 1 1,1 1,04 = 1,14

К_Н = 1 (колеса прямозубые)

К_Н = 1,1 ()

К_Нv = 1,04 ()

Проверяем передачу на контактную выносливость

Коэффициент формы зуба У_F = 3,85 (при Z = 28)

Коэффициент нагрузки К_F = К_F К_Fv = 1,07 1,08 = 1,15

К_F = 1,07 ()

К_Fv = 2К_Hv — 1 = 2 1,04 — 1 = 1,08

Проверяем передачу на выносливость при изгибе.

Назначаем материал зубчатого колеса — сталь 12XH3A цементация с закалкой рабочих поверхностей 56…62 НRС / 30…40 НRС

2.6 Геометрический расчет зубчатых передач

Расчет сводится к определению межосевого расстояния и диаметра делительных окружностей колеса по формуле:

Приводная передача

Группа «а»

Группа «б»

Группа «в»

Постоянная передача

Все результаты сводим в таблицу 1.

Таблица 1

2.7 Предварительный расчет валов коробки скоростей

Валы, их конструкцию, материал оставляем без изменений. как на базовой модели.

Валы проверяем на касательные напряжения кручения по формуле:

М_кр — крутящий момент на рассчитываемом валу.

d_min — наименьший диаметр вала под подшипник.

[_кр] - допускаемое касательное напряжение

для стали 45 [_кр] = 30 МПа для стали 40Х [_кр] = 47 МПа

Вал I

М_кр = 38,8 Н м

d_min = 20 мм Назначаем материал вала Сталь 45

Вал II

М_кр = 52,6 Н м

d_min = 20 мм

Назначаем материал вала Сталь 40Х

Вал III

М_кр = 130,5 Н м

d_min = 25 мм

Вал V

Вал пустотелый.

М_кр = 488 Н м

d _min = 70 мм

d _{нар. сред.} = 50 мм

d _{вн. сред.} = 69 мм

2.8 Окончательный расчет вала

Рассчитываем предшпиндельный вал, как наиболее нагруженный. Необходимо определить реакции возникающие в опорах и в местах наименьшего диаметра вала (под подшипники).

M_крIV = 261 Н м

Z₁ = 28 мм, m = 3,5

Z₂ = 64 мм, m = 2,5

Определяем окружные и радиальные усилия возникающие в зацеплении.

Определяем реакции возникающие в опорах в двух плоскостях. Для расчета составляем схему действия всех сил (нагружения вала).

Определяем реакции опор в горизонтальной плоскости Проверка: -5817+5326+3262−2770=0

Определяем реакции опор в вертикальной плоскости Проверка: -1314+2482−1520+352=0

Определяем суммарные реакции в опорах Определяем изгибающий момент в расчетных сечениях Определяем приведенный момент.

Используем максимальное значение изгибающего момента Определяем минимальный диаметр вала

n = 1,3 — коэффициент запаса прочности

_-1 = 260 МПа — допускаемое напряжение — сталь 45

Принимаем диаметр вала d = 30 мм, без изменений.

2.9 Проверочный расчет подшипников

Подшипники проверяем на долговечность по их грузоподъемности и эквивалентной нагрузке.

n — частота вращения вала

C — динамическая грузоподъемность (Н) Р_экв — эквивалентная нагрузка

V = 1,0 — коэффициент учитывающий какое кольцо вращается (вращается внутреннее кольцо).

К = 1…1,2 — коэффициент безопасности (спокойная нагрузка) К_t = 1,0 — температурный коэффициент (t = 80C)

Проверяем подшипник роликовый — 306 ГОСТ 8328–75

С = 28 100 Н[1] стр 117

Оставляем подшипник как на базовой модели.

2.10 Проверочный расчет шлицевых соединений

Шлицевые соединения проверяются на смятие по формуле:

М_кр — крутящий момент на валу

Z — количество шлицов

D и d — наружный и внутренний диаметр шлицевого соединения

l_min — минимальная длинна шлицевого соединения

[_см] - допускаемое напряжение

[_см] = 60 МПа — сталь сырая, соединение подвижное.

[_см] = 120 МПа — соединение неподвижное.

Вал I

Соединение подвижное

Вал II

Соединение неподвижное

Вал III

Соединение подвижное

Вал IV

Соединение неподвижное

Все расчеты удовлетворяют требованиям.

2.11 Проверочный расчет шпоночных соединений

Так как шпоночные соединения в модернизируемой коробке остались без изменений, то их нужно проверить — ступицу на смятие, а шпонку на срез по формуле:

М_кр — крутящий момент на валу

b — ширина шпонки

h — высота шпонки

d — диаметр под шпонку

l_min — минимальная длинна шпонки или ступицы

[_ср] = 120 МПа — допускаемое напряжение на срез.

[_см] = 150 МПа — допускаемое напряжение на смятие.

Вал I

Шпонка сегментная 14×9×45 ГОСТ 23 360–78

Вал III

Шпонка 10×8×45 ГОСТ 23 360–78

Все расчеты удовлетворяют требованиям.

2.12 Расчет норм точности зубчатого колеса

Рассчитываем нормы точности для:

Z = 28m = 3,5 ммb = 20 ммd = m Z = 98 мм Определяем длину общей нормали

W = W^I m — мм

W¹ — длина общей нормали при m = 1

W^I = 10,7246 мм

W = 10,7246 3,5 = 37,5 мм Определяем допуск на радиальное биение

F_r =0,04 мм табл.24

Определяем допуск на колебание длинны общей нормали

V_w= 0,024 мм Определяем допуск на колебание измерительного межосевого расстояния

F_i^II = 0,058 мм/об. f_i^II = 0,022 мм/зуб[1] табл.24,26

Определяем допуск на направление зуба

F = 0,012 мм табл.29

Определяем верхнее отклонение

A_Wm = 0,065 мм (I слагаемое)[1] табл.31

A_Wm = 0,009 мм (II слагаемое)[1] табл.32

Верхнее отклонение = 0,065 + 0,009 = 0,074 мм Определяем допуск на среднюю длину общей нормали

T_Wm = 0,048 мм табл.33

Нижнее отклонение = 0,074 + 0,048 = 0,122 мм Длина общей нормали

3. Технологическая часть

3.1 Описание детали. Анализ технологичности

Колесо зубчатое предназначено для передачи крутящего момента и вращательного движения с одного вала на другой. Применяется в коробках скоростей, подач и редукторах.

Колесо зубчатое представляет собой тело вращения, на поверхности большего диаметра нарезаны 28 зубьев модулем 3,5 мм, степенью точности 7-С, левый торец без ступицы. Центральное отверстие простой формы и имеет 8 шлицев d6 x 32H7 x 38H12 x 6F10. Поверхности зубьев закруглены. Рабочие поверхности зубьев проходят термическую обработку, закалку ТВЧ до твердости 40…52 HRC, и цементацию 52… 56 HRC.

Материал детали и его свойства Колесо зубчатое выполняется из материала сталь 12ХН3А ГОСТ 4543–71. Это легированная конструкционная сталь, применяется для деталей средних размеров с твердой износоустойчивой поверхностью при достаточно прочной вязкой сердцевине, работающей при больших скоростях и средних давлениях. Из этой стали рекомендуется изготовлять зубчатые колеса, кулачковые муфты, втулки, плунжеры, копиры, шлицевые валы и т. п.

Таблица 3.1 — Химический состав стали 12ХН3А

Таблица 3.2 — Механические свойства стали 12ХН3А

Определение массы детали производится путем разделения детали на простые геометрические фигуры и суммированием масс составляющих фигур:

Анализ технологичности детали

Деталь «Колесо зубчатое» соответствует следующим требованиям технологичности согласно ГОСТ 14.204−73:

конструкция детали состоит из стандартных и унифицированных конструктивных элементов;

деталь изготовляется из стандартной и унифицированной заготовки;

размеры и поверхности детали имеют оптимальные степень точности и шероховатости;

физико-химические и механические свойства материала, жесткость детали, ее форма и размеры соответствуют технологии изготовления;

показатели базовой поверхности (центральное отверстие Ш32Н7, R_а=0,8 мкм) обеспечивают точность установки, обработки и контроля;

конструкция детали обеспечивает возможность применения типовых и стандартных технологических процессов и изготовления;

Таблица 3.3 — Количественная оценка технологичности конструкции детали

Коэффициент унификации элементов:

где: Q_у.э — количество унифицированных элементов;

Q_э — общее количество элементов;

следовательно по коэффициенту унификации деталь технологична.

Коэффициент точности: ,

где: А_ср — средний квалитет точности детали; ,

тогда ,

следовательно по коэффициенту унификации деталь технологична.

Коэффициент шероховатости:

где: Б_ср — средний класс шероховатости;

тогда

следовательно по коэффициенту унификации деталь технологична.

3.2 Выбор типа производства

Для предварительного определения типа производства можно использовать годовой объем выпуска и массу детали. По таблице 3.1, тип производства определен как среднесерийный.

Среднесерийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых периодически повторяющимися порциями, и сравнительно большим объемом выпуска, чем в единичном типе производства. При серийном типе производства используются универсальные станки, оснащенные как специальными, так и универсальными, а также универсально-сборными приспособлениями, что позволяет снизить трудоемкость и себестоимость изготовления изделия. В серийном производстве технологический процесс изготовления изделия преимущественно дифференцирован, то есть расчленен на отдельные, самостоятельные операции, выполняемые на определенных станках.

При серийном производстве обычно применяют универсальные, специализированные агрегатные станки, а так же станки с ЧПУ. При выборе технологического оборудования специального или специализированного, дорогостоящего приспособления или вспомогательного приспособления и инструмента необходимо производить расчеты затрат и сроков окупаемости, а так же ожидаемый экономический эффект от использования оборудования и технологического оснащения.

При среднесерийном производстве запуск изделий производится порциями с определенной периодичностью.

Количество деталей в партии для одновременного запуска можно определить упрощенным способом:

шт где: N = 12 000 — годовая программа выпуска;

а = 6 — периодичность запаса в днях.

Принимаем n=300 шт, что кратно годовой программе.

3.3 Технические условия на деталь и методы их обеспечения

3.4 Выбор и обоснование метода получения заготовки

Учитывая конфигурацию детали и тип производства наиболее целесообразными методами получения заготовки являются:

прокат гарячекатанный;

поковка штампованная

3.4.1 Заготовка из проката

Выбираем диаметр проката по максимальному диаметру и длине детали:

D_max = 105 мм; L_d = 50 мм

Припуск на обработку наружных цилиндрических поверхностей выбираем по табл.3.13. с.41[*]

2Z = 5 мм

Расчетный диаметр проката:

D_расч = D_max + 2Z = 105 + 5 = 110 мм

По ГОСТ 2590–88 принимаем диаметр проката

D_пр = 110 мм

Припуск на чистовое подрезание торцев по табл.3.12, с. 40 [*]

2Z = 2 + 2 мм

Длинна заготовки

L_заг = L_d + 2Z = 50 + 4 = 54 мм

Масса заготовки из проката

Коэффициент использования материала

Стоимость заготовки из проката

где С_м = 280 грн. — стоимость 1 т проката;

С_отх = 90 грн. — стоимость 1 т металлоотходов.

Норма расхода материала на одну деталь Н_расх = М_пр (100+ 4) 100% =4 1,04 = 4,16 кг

3.4.2 Заготовка штамповка

Расчет производим по ГОСТ 7505–89

Масса поковки расчетная

М_пок = М_дет К = 1,5 1,6 = 2,4 кг, где К=1,5…1,8 с.31

Класс точности [табл.19,с.28] - Т2

Группа стали [табл.1,с.8] - М2

Степень сложности определяем, вычисляя отношение массы поковки расчетной к массе описывающей фигуры (массы проката):

что соответствует степени сложности С1.

Исходный индекс поковки на с. 10 по номограмме получается — 8.

Определяем припуски на обработку в таблице.

Таблица 3.4 — Припуски на обработку

Расчет массы поковки

Разбиваем поковку на простые геометрические фигуры

Определяем массу поковки

кг

кг

Принимаем технологические потери при горячей объемной штамповке равными 10% от массы поковки, определяем норму расхода материала на одну деталь.

Н_расх=М_пок (100+10)/100 = 2,05 (100+10)/100 = 2,25 кг Коэффициент использования материала

Стоимость заготовки штамповки:

Себестоимость поковки штампованной выше, чем заготовки из проката. Однако при использовании проката значительно увеличивается трудоемкость черновых операций. Установлено, что при разнице коэффициентов использования материалов выше 0,15 целесообразно применение штамповки.

Для данной детали К_пок — К_пр = 0,73 — 0,375 =0,355

Следовательно, в качестве заготовки используем поковку штампованную.

3.5 Разработка проектного технологического процесса с применением станков с ЧПУ

005.Токарная с ЧПУ Точить поверхности 8; 6; 5 начерно Точить поверхности 8; 7; 6; 5; 4

Расточить фаску 9

010.Токарная с ЧПУ

1. Точить поверхность 1; 3; начерно

2. Точить поверхности 1; 2; 3; начерно

3. Расточить отверстие 10 начисто, фаску 11

Горизонтально-протяжная

1. Протянуть отв.10, шлицы 12−19

020.Зубофрезерная

1. Фрезеровать зубья 20−47

025.Зубозакругловочная

1. Закруглить зубья 48−76

030.Термическая

035.Внутришлифовальная

1. Шлифовать отв.10, торец 8

040.Плоскошлифовальная

1. Шлифовать торец 1

045.Зубошлифовальная

1. Шлифовать зубья 20−47

050.Контрольная Принимаем для изготовления детали «Колесо зубчатое» технологический процесс с применением ЧПУ, как наиболее перспективный.

3.5.1 Обоснование выбора баз

3.5.2 Выбор технологического оснащения

3.6 Разработка операционного технологического процесса

3.6.1 Определение операционных процессов и межоперационных размеров

3.6.2 Определение режимов резанья, норм времени и расценок

3.6.2.1 Определение режимов резанья, норм времени для операции 005 Токарной с ЧПУ

Операция выполняется на станке 16К20Ф3.

Паспортные данные станка:

Частота вращения шпинделя, об/мин:

10; 18; 25; 35,5; 50; 71; 100; 140; 180; 200; 250

280; 355; 500; 560; 710; 800; 1000; 1400; 2000.

Диапазон подач, мм/мин: по оси Х — 0,05… 2800

по оси Z — 0,1… 5600

Наибольшая сила, допускаемая механизмом подач:

продольной — 8000 Н;

поперечной — 3600 Н.

Мощность привода главного движения — 11 кВт Инструмент — резец упорный с сечением державки 25×25 мм со сменной пластиной толщиной 6,4 мм. Материал Т15К6. Углы в плане ц = 92є; ц₁ = 5є. Стойкость Т=30 мин. Радиус вершины резца r_в = 1 мм.

Глубина резанья:

t_6,5 = 1,5 мм; t₈ = 1,3 мм;

Определяем подачу [ к 3 стр. 38 ]

S_8,6 = 0,45 мм/обS₅ = 0,73 мм/об Поправочные коэффициенты [к 53 стр.143]

К_Sn = 1; К_Sд = 1; К_Sh = 1; К_Sм = 0,7;

К_Sу = 1,2; К_Sп = 0,8; К_Sр = 1; К_Sj = 1;

S = 0,73 0,7 1,2 0,8 = 0,49 мм/об

Проверяем по составляющим силы резанья

Р_х = 750 H Р_у = 270 H [к.32 стр.98]

что значительно меньше допускаемых

Р_Х.доп = 8000 H Р_Y.доп = 3600 H

Определяем скорость резанья

V = 146 м/мин [к.21 стр.74]

Поправочные коэффициенты [к.23 стр.82]

К_Vn = 1,1; К_Vс = 1; К_Vo = 1; К_Vj = 1;

К_Vм = 0,6; К_Vр = 1; К_Vт = 1; К_Vж = 1; V = 146 1,1 0,6 = 96,4 м/мин

Определяем частоту вращения шпинделя

для поверхности 5

принимаем n_cт= 250 об/мин,

для поверхности 6,8

принимаем n_cт=500 об/мин,

Тогда фактическая скорость резанья

Проверяем по требуемой мощности [к.21.с.74]

N_т = 6,5 кВт

Получаем

что равно мощности привода.

Минутная подача

S_М5 = 0,49 250 = 122,5 мм/мин

S_М6,8 = 0,49 500 = 245 мм/мин

Переход 2. Точение чистовое

Инструмент — резец контурный с сечением державки 25×25 мм со сменной пластиной толщиной 6,4 мм. Материал Т30К4. Углы в плане ц = 93є ц₁ = 32є. Стойкость Т=30 мин. Радиус вершины резца r_в =1 мм.

Глубина резанья:

t = 0,5 мм;

Определяем подачу [к.6 стр.46]

S = 0,25 мм/об

Поправочные коэффициенты [к 53 стр.143]

К_Sn = 1; К_Sд = 1; К_Sh = 1; К_Sм = 0,7;

К_Sу = 1,2; К_Sп = 0,8;К_Sр = 1; К_Sj = 1;

S = 0,25 0,7 1,2 1 = 0,21 мм/об

Определяем скорость резанья

V = 308 м/мин [ к.22 стр.81]

Поправочные коэффициенты

К_Vn = 0,8; К_Vс = 1; К_Vo = 1; К_Vj = 1;

К_Vм = 0,6; К_Vр = 0,95; К_Vт = 1; К_Vж = 1; V = 308 0,8 0,6 0,95 = 140,4 м/мин

Определяем частоту вращения шпинделя

принимаем n_cт=500 об/мин,

принимаем n_cт=1000 об/мин,

Тогда фактическая скорость резанья

Минутная подача

S_м5 = 0,21 500 = 105 мм/мин

S_м6,8 = 0,21 1000 = 210 мм/мин

Переход 3. Растачивание фаски

Глубина резанья — t = 1,6 мм;

Определяем подачу [к.16 стр.62]

S=0,66 мм/об

Поправочные коэффициенты [к 11 стр.62]

К_Sn = 1; К_Sd = 0,62; К_Sм = 0,7;

К_Sу = 1,15; К_Sр = 1; К_So = 1;

S = 0,66 0,7 1,15 0,62 = 0,33 мм/об

Определяем скорость резанья

V = 121 м/мин [ к.21 стр.76]

Поправочные коэффициенты [ к.23 стр.82]

К_Vн = 1,1; К_Vс = 1; К_Vo = 1; К_Vj = 1;

К_Vм = 0,6; К_Vр = 1; К_Vт = 1; К_Vж = 1; V = 121 1,1 0,6 = 79,8 м/мин

Определяем частоту вращения шпинделя

принимаем n_cт=630 об/мин,

Тогда фактическая скорость резанья

Минутная подача

S_м6 = 0,33 630 = 208 мм/мин

Определяем основное время

мин.

L = l + l₁ + l₂

где l — длинна обрабатываемой поверхности

l₁ + l₂ — врезание и перебег инструмента

Переход 1.

мм мин.

мм мин.

мм мин.

Переход 2.

мм мин.

мм мин.

мм мин.

Переход 3.

мин.

Суммарное основное время автоматической работы станка:

УТ_о = 0,006 + 0,118 + 0,24 + 0,065 + 0,28 + 0,3 + 0,03=1,093 мин

Определяем время автоматического цикла (время автоматической работы станка по программе)

Т_ц.а = УТ_о + Т_м.в,

Т_ц.а — время автоматической работы станка

Т_м.в — машинно-вспомогательное время [прил.46]

Т_м.в = 1,46 мин

Т_ц.а = 1,093 + 1,46 = 2,55 мин

Вспомогательное время на установку и снятие детали

Т_уст = 0,17 мин [к.3, стр.52]

Время связанное с операцией

Т_оп = 0,18 мин [к.14, стр.79]

Время на контрольные измерения

Т_изм = 0,08 + 0,06 + 0,05 + 0,06 = 0,25 мин [к.15, стр.80]

Суммарное

Т_в = 0,17 + 0,18 + 0,25 = 0,60 мин

Время на оргтехобслуживание и отдых [к.16, стр.90]

а_тех + а_орг + а_отл = 8%

Штучное время

мин

мин

Подготовительно-заготовительное время [к.21, стр.96]

— на получение документации и оснастки 9 мин

— на ознакомление с чертежом 2 мин

— инструктаж мастера 2 мин

— установка патрона 4 мин

— установка кулачков 8 мин

— установка инструмента 0,83=2,4 мин

— ввод программы с пульта 0,412=4,8 мин

— настройка подачи СОЖ 0,1 мин

— на пробную обработку детали Т_ца + 9,211,7 мин

Т_пз = 9 + 2 + 2 + 4 + 8 + 2,4 + 4,8 + 0,1 + 11,7 = 44 мин

Штучно калькуляционное время

мин

Часовая тарифная ставка рабочего-станочника 3 разряда составляет 97 коп.

Расценка на операцию

грн

3.6.2.2 Определение режимов резанья, норм времени и расценок для операции

020 Зубофрезерная Операция выполняется на станке 53А50.

Паспортные данные станка:

Наибольший наружный диаметр колеса — 500 мм Наибольший модуль нарезаемого колеса — 8 мм Мощность двигателя — 8 кВт КПД станка — 0,65

Частота вращения шпинделя, об/мин:

40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 240; 315; 405

Вертикальные подачи суппорта за один оборот заготовки, мм/об:

0,75; 0,92; 1,1; 1,4; 1,7; 2,0; 2,2; 2,5; 2,8; 3,1; 3,4; 3,7; 4,0; 5,1; 6,2; 7,5

Радиальные подачи, мм/об:

0,22; 0,27; 0,33; 0,4; 0,48; 0,55; 0,66; 0,75; 0,84; 1,0; 1,2; 1,53; 1,8; 2,25

Режущий инструмент: червячная модульная фреза, цельная, двухзаходовая.

Материал фрезы Р6М5.

Модуль фрезы m_фр=3,5 мм, наружный диаметр Д_фр= 65 мм, число зубьев Z_фр=10.

Период стойкости Т=240 мин.

Нарезаем на колесе 28 зубьев m=3,5 мм, ширина венца в=20 мм. Для повышения производительности труда одновременно обрабатываются два колеса.

Глубина резанья

t = h = 2,2m = 2,2 3,5 = 7,7 мм

Подача на один оборот колеса [к.3,стр.27]

S = 2,0… 2,4 мм/об Поправочные коэффициенты К_Sm = 0,7; К_Sв = 1

Тогда S = 2,4 0,7 = 1,68 мм/об

Корректируем по паспорту станка S_ст=1,7 мм/об

Определяем скорость резанья [ к.5,стр.30 ]

v = 34 м/мин (найдено интерполированием)

Поправочные коэффициенты

К_VM = 0,6; К_Vв = 1; К_Vщ = 1;

Тогда v = 34 0,6 = 20,4 м/мин

Частота вращения фрезы

Корректируем n_ст = 100 об/мин

V_ф=20 м/мин

Мощность, затрачиваемая на резанье [ к.5 стр. 30 ]

N_рез = 1,6 кВт

Мощность привода станка

N_шп = N_d з = 7,5 0,65 = 4,9 кВт

N_рез < N_шп, значит, обработка возможна.

Основное время

мин.

где L — длинна прохода фрезы L = b + l₁

l₁ — врезание и перебег, по примеру 4, [cтр.168]

l₁ = 34 мм

L = 2 В + l₁ = 2 20 + 34 = 74 мм

Время на две детали

мин

Основное время на одну деталь

мин

Вспомогательное время [к.7,с.40; к.63,с.152] на установку и снятие двух деталей Т_в.уст = 0,57 мин, время на операцию для двух деталей Т_в.оп = 0,68 мин, время на контрольное измерение перекрываемое основным

Т_в.2 = 0,57 + 0,68 = 1,25 мин, на одну деталь

Т_в. = 1,25/2 = 0,63 мин,

Время на оргтехобслуживание [к.84, стр.154]

а_тех + а_обс = 4,5%

Время отдыха и личных потребностей [к.88, стр.202]

а_отл = 4%

Штучное время

мин

мин

Т_пз = 30 + 3 + 7 = 40 мин

Штучно калькуляционное время

мин

Часовая тарифная ставка рабочего-станочника 4 разряда составляет 1,09 грн.

Расценка на операцию

грн

3.6.2.3 Определение режимов резанья, норм времени и расценок на операцию

045 Зубошлифовальная

Операция выполняется на станке 5В833.

Паспортные данные станка:

Диаметр обрабатываемого колеса — 40… 320 мм Модуль обрабатываемого колеса — 0,5… 4 мм Наибольшая длинна шлифуемого зуба — 150 мм Число зубьев обрабатываемого колеса — 12… 200

Частота вращения шлифовального круга — 1500 об/мин:

Вертикальная подача суппорта — 3,78… 165 мм/мин Радиальная подача шпиндельной бабки за один ход — 0,02… 0,08

Мощность двигателя главного движения — 4 кВт Шлифуются 28 зубьев зубчатого колеса, модулем m = 3,5 мм.

Ширина зубчатого венца в=20 мм.

Степень точности 7-С, шероховатость R_a=0,8 мкм.

После закалки.

Инструмент — шлифовальный круг червячный, двухзаходовый.

Определяем припуск на шлифование [табл.26,с.607]

a = 0,15… 0,25 мм, принимаем

a = 0,2 мм, Полная величина радиального врезания

Р = 1,462 а = 1,462 0,2 = 0,29 мм При черновом шлифовании удаляется 80% припуска, остальное — при чистовом.

h_черн = 0,29 0,8 = 0,23 мм

h_чист = 0,29 — 0,23 = 0,06 мм Радиальная подача круга:

черновоеS_р.черн = 0,05… 0,08 мм/раб. ход принимаем S_р.черн = 0,08 мм/раб. ход чистовое-S_р.чист = 0,01… 0,02 мм/раб. ход принимаем S_р.чист = 0,02 мм/раб. ход Вертикальная подача круга:

черновоеS_в.черн = 1,5… 3,0 мм/об принимаем S_в.черн = 3,0 мм/об чистовое-S_в.чист = 0,2… 0,3 мм/об принимаем S_р.чист = 0,3 мм/об Количество проходов:

при черновом шлифовании

прохода при чистовом шлифовании

прохода Длинна рабочего хода суппорта

L = в + (2… 3) мм

L = 20 + 3 = 23 мм Основное время

мин,

где Z — число зубьев колеса, Z = 28

Z₀ — число зубьев круга, Z₀ = 2

мин.

Вспомогательное время: на установку и снятие детали Т_в.уст = 0,42 мин, время на операцию Т_в.оп = 0,8 мин, время на контрольное измерение перекрываемое основным Т_в = 0,42 + 0,8 = 1,22 мин, Время на обслуживание рабочего места а_обс = 12%

Время отдыха и личных потребностей а_отл = 4%

Штучное время

мин мин Подготовительно-заключительное время

Т_пз = 19 + 4 + 5 = 28 мин Штучно калькуляционное время

мин Часовая тарифная ставка рабочего-станочника 4 разряда

составляет 1,21 грн.

Расценка на операцию

грн

3.6.3 Техника безопасности при работе на сверлильных станках

Перед началом работы на сверлильных станках

Ознакомиться с предстоящей работой, проверить наличие и исправность инструментов и приспособлений, расположить чертежи и техническую документацию удобно для пользования положении.

Убрать со станка все посторонние предметы.

Осмотреть заготовки и проверить наличие внешних дефектов.

Проверить исправность станка и достаточность освещения, наличие и исправность ограждений, заземлений, тисков и кондукторов.

Убедиться в надёжности действия приспособлений для пуска и остановки станка и прочности фиксации рукояток для включения и переключения.

Проверить исправность устройств вертикально — сверлильных и радиально — сверлильных станков, предупреждающих самовольное опускание траверсы, хобота, кронштейна.

Наметить места для складирования обработанных и необработанных деталей.

При наличие неисправностей в станке или инструменте к работе не приступать и доложить мастеру.

При работе на сверлильных станках.

Крепление заготовки производить в местах, имеющих сплошные опоры, чтобы исключалась возможность деформации и срыва заготовки в процессе обработки.

В качестве крепёжных элементов необходимо применять высокие гайки, опорная поверхность которых закалена. Гайки со смятыми поверхностями не применять.

Жестко и прочно крепить режущий и вспомогательный инструмент. Следить за тем, чтобы хвостовики инструментов и оправок были тщательно пригнаны к конусу шпинделя. Перед установкой инструмента осмотреть и промерить посадочные поверхности, забоины на этих поверхностях не допускаются.

При закреплении осевого инструмента в сверлильном патроне конец его хвостовика должен упираться в дно гнезда патрона.