Проектирование технологического процесса изготовления «Вала червячного»

1. Проектирование технологического процесса изготовления «Вала червячного»

1.1 Анализ исходных данных

1.1.1 Анализ чертежа детали

1.1.2 Характеристики металла, применяемого для изготовления детали

1.1.3 Определение объема выпуска

1.1.4 Анализ технологичности детали

1.1.5 Формулировка основных технологических задач

1.2 Выбор заготовки и технико-экономическое обоснование метода ее получения

1.3 Проектирование маршрута изготовления детали

1.3.1 Выбор типового технологического процесса

1.3.2 Особенности обработки деталей на станках с ЧПУ

1.3.3 Выявление комплектов основных и вспомогательных баз

1.3.4 Выбор технологических баз

1.3.5 Выбор оборудования

1.3.6 Маршрут обработки детали

1.3.7 Окончательный выбор средств технологического оснащения

1.3.8 Расчет режимов резания

1.3.9 Нормирование операций

2. Проектирование приспособлений

2.1 Технологическое приспособление — люнет

2.1.1 Обоснование применения

2.1.2 Устройство и способ использования люнета

2.1.3 Необходимые расчеты

2.2 Измерительное приспособление — скоба двухконтактная

2.2.1 Общие положения

2.2.2 Схемы установки приборов активного контроля на универсальных круглошлифовальных станках

2.2.3 Конструкция и принцип работы прибора активного контроля

2.2.4 Погрешности обработки при активном контроле

2.2.4.1 Температурные деформации деталей

2.2.4.2 Погрешности размеров деталей, зависящие от запаздывания отвода шлифовального круга

2.2.4.3 Погрешность размеров деталей, связанная с формой обрабатываемых поверхностей

2.2.4.4 Расчет погрешности обработки при активном контроле

2.2.5 Расчет пружины растяжения

2.3 Контрольное приспособление

2.3.1 Выбор универсальных средств измерения

2.3.2 Обоснование выбора схемы контрольного приспособления

2.3.3 Необходимые точностные и прочностные расчеты

3. Технико — экономическое обоснование проекта

3.1 Комплексный анализ эффективности базового и разрабатываемого вариантов технологического процесса

3.2 Определение капитальных вложений

3.3 Определение текущих издержек

3.4 Расчет экономического эффекта

4. Обеспечение безопасности жизнедеятельности при изготовлении детали «Вал червячный».

4.1 Введение

4.2 Требования безопасности к технологическим процессам

4.3 Анализ опасных и вредных факторов, возникающих при механической обработке резанием

4.4 Требования к материалам, производственному оборудованию, организации рабочих мест

4.5 Промышленная санитария

4.5.1 Микроклимат на рабочем месте

4.5.2 Производственное освещение

4.5.3 Производственный шум

4.5.4 Вибрации на рабочем месте

4.6 Электробезопасность

4.7 Пожарная безопасность

4.8 Обучение работающих безопасности труда

Задачей дипломного проекта является проектирование технологического процесса вала червячного и разработка приспособлений для обеспечения высокой точности изготовления червяка. Червячный вал предназначен для передачи крутящего момента на червячное колесо в делительной цепи коробки передач зубообрабатывающего станка.

В настоящее время червячные передачи, состоящие из червячного колеса и цилиндрического червяка, широко применяются в делительных механизмах зуборезных станков, подъемных механизмах. По сравнению с другими видами передач, червячные передачи могут передавать крутящие моменты с большим передаточным числом при небольших габаритах. Точно изготовленная червячная передача имеет высокую равномерность вращения, а высокий коэффициент скольжения при зацеплении зубьев обеспечивает передаче бесшумную и плавную работу. К недостаткам червячной передачи относятся: высокая затрата мощности на преодоление трения в зацеплении, достаточно высокий нагрев, быстрый износ зубьев и сравнительно низкий КПД (50−90%). Для уменьшения потери мощности необходимо выбирать соответствующий материал для изготовления червяков и червячных колес, использовать определенный смазочный материал; поверхность профиля зубьев должна быть гладкой. Особое внимание следует уделять точности изготовления элементов зубчатого зацепления червячной передачи, что и решается в представленном дипломном проекте.

Тема дипломного проекта является актуальной, так как продиктована производственной необходимостью и посвящена изготовлению необходимых в производстве червячных валов для делительной цепи зубообрабатывающих станков.

1. Проектирование технологического процесса изготовления «Вала червячного»

1.1 Анализ исходных данных

1.1.1 Анализ чертежа детали

Для проектирования технологических процессов механической обработки необходимы следующие основные исходные данные:

1. Сборочный чертеж с кратким описанием служебного назначения и технических условий приемки изделия.

2. Рабочие чертежи, определяющие материал, конструктивные формы и размеры деталей, точность и качество обработанных поверхностей, особые требования (твердость и структура материала, покрытия, термообработка, балансировка и т. п.).

3. Объем выпуска изделий, в состав которых входят изготавливаемые детали, с учетом выпуска запасных частей.

Кроме базовых исходных данных используют руководящую и справочную технико-экономическую информацию: стандарты ЕСТПП и ЕСТД; типовые технологические процессы и операции, каталоги прогрессивного технологического оборудования и оснастки; материалы по выбору режимов резания, припусков, расчетам точности и надежности технологических процессов.

Деталь представляет собой многоступенчатый червячный вал длиной 577 мм и максимальным диаметром Ш68 мм. Червяк делительный предназначен для передачи крутящего момента с цилиндрического червяка диаметром Ш68 мм и модулем m=3 мм, выполненным по 6-ой степени точности, на червячное колесо в делительной цепи коробки передач зубообрабатывающего станка. Червячный вал изготовлен из легированной стали 18ХГТ ГОСТ 4543–71 и проходит термическую обработку (отжиг, цементация, отпуск и др.) в процессе механической обработки для улучшения обрабатываемости и снятия остаточных внутренних напряжений.

Анализируя рабочий чертеж детали, можно сделать следующие выводы:

— чертеж в достаточной мере информативен, имеет необходимые проекции, разрезы и сечения;

— на чертеже указаны все необходимые размеры с допусками, требования к точности формы и взаимного расположения, а также требования к качеству поверхности, обеспечивающие разработку технологического процесса, проектирование и изготовление детали;

— указаны требования к материалу, физико-механическому состоянию детали;

— допуски формы, взаимного расположения поверхностей, параметры шероховатости соответствуют стандартным значениям (ГОСТ 2.308−79, ГОСТ 2.309.77).

1.1.2 Характеристики материала, применяемого для изготовления детали

Для изготовления детали применяется сталь 18ХГТ ГОСТ 4543–71. Из данной стали изготавливаются улучшаемые или цементируемые детали ответственного назначения, от которых требуется повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностная твердость, работающая под действием ударных нагрузок: оси, валы, валы-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, зубчатые венцы, втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности.

Вид поставки данной стали — сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543–71, ГОСТ 259 071, ГОСТ 2591–71, ГОСТ 2879–69. Калиброванный пруток ГОСТ 7417–75, ГОСТ 8559–75, ГОСТ 1051–73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 4543–71, ГОСТ 14 955–77. Полоса ГОСТ 103–76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133–71.

Химический состав стали 18ХГТ приведен в таблице 1.1.

Механические свойства указаны в таблицах 1.2. — 1.4.

Технологические свойства стали 18ХГТ приведены в таблице 1.5.

Таблица 1.1

Хим. состав стали 18ХГТ, % (ГОСТ 4543−71)

Таблица 1.2

Механические свойства при повышенных температурах

Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм, кованый и нормализованный. Скорость деформирования 50 мм/мин. Скорость деформации 0,03 1/с.

Таблица 1.3.

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

Таблица 1.4.

Механические свойства в зависимости от сечения

Таблица 1.5

Технологические свойства стали 18ХГТ

1.1.3 Определение объема выпуска

Тип производства — это классификационная категория производства, выделяемая по признакам номенклатуры, регулярности, стабильности и объёма выпуска изделий.

Одной из основных характеристик типа производства является коэффициент закрепления операций, представляющий собой отношение числа всех различных технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест.

В проектных условиях можно полагать, что коэффициент закрепления операций определяет число операций такой же трудоемкости, как и рассматриваемая, которое можно было бы закрепить за одним рабочим местом для полной его загрузки в течении месяца.

Тогда коэффициент закрепления операций:

(1.1)

где :

tв-такт выпуска, мин;

F-месячный фонд времени односменной работы рабочего места, ч;

m-принятое число смен;

Кот-коэффициент, учитывающий простои по организационно-техническим причинам;

Nмес-число изделий, запускаемых в производство, шт/мес;

tшт-штучное время, мин.

Планируемый годовой объем выпуска данной детали — 1000 штук. Данный объем позволит выполнить все поступившие заказы и обеспечить потребителей необходимым количеством запасных частей.

На первом этапе проектирования тип производства может быть определен в зависимости от массы детали и объема выпуска по таблице (1.8, 7). При массе детали менее 20 кг (легкие детали) и годовом объеме выпуска от 501 до 5000 штук, тип производства — среднесерийный.

Объем партии:

(1.2)

где F — объем выпуска, a — количество дней, на которые должен быть запас деталей (периодичность запуска в днях), a = 5 дней; N — количество рабочих дней в году, примем N? 240 дней.

Отсюда находим:

штук.

Тогда примем объем партии равным: деталь.

1.1.4 Анализ технологичности детали

Правила обеспечения технологичности конструкции изделий регламентируются ГОСТ 14.201 — 83 и методическими рекомендациями МР186 — 85 .

Анализ технологичности конструкции изделия направлен на повышение производительности труда, снижение затрат и сокращение времени на проектирование, технологическую подготовку производства, изготовление, техническое обслуживание и ремонт изделия при обеспечении необходимого качества.

Деталь «Вал червячный» представляет собой ступенчатую деталь без центрального отверстия со шпоночной канавкой, лысками для стопорения гаек, червячной и резьбовыми поверхностями. Вал обладает двухсторонней ступенчатостью (диаметральные размеры убывают к концам вала), имеет средние размеры и высокую точность исполнения поверхностей. Вал считается нежесткой деталью, так как отношение длины к среднему диаметру L/d>12 (L/d=577/45=12,8). Поэтому на чистовых токарных операциях и операциях чистового нарезания витков червяка из-за больших сил резания необходимо использовать базирование детали в центрах и с помощью люнета.

Обработка поверхностей на токарных операциях окончательно недопустима, так как при этом невозможно обеспечить требования чертежа по взаимному расположению относительно общей оси базовых поверхностей К и Л и качеству поверхностного слоя диаметральных и торцевых размеров детали.

Анализ технологичности данной детали позволяет сделать следующие выводы:

— конструкция детали состоит из стандартных и унифицированных конструктивных элементов (канавки для выхода шлифовального круга, резьбы, фаски и т. д.)

— физико-химические и механические свойства материала, жесткость детали, ее форма и размеры соответствуют требованиям технологии изготовления (включая процессы упрочения, коррозийной защиты и пр.), хранения и транспортирования и т. д.;

— показатели базовой поверхности (точность, шероховатость) детали обеспечивают точность установки, обработки и контроля (подробнее см. пункт 1.4);

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

— деталь предполагается обрабатывать в основном на станках токарной и сверлильной группы, следовательно, она имеет максимальное число поверхностей вращения и минимальное число изменений диаметра сечения (перепад диаметров между крепежным фланцем и шейкой конструктивно необходим и исключить его невозможно);

— конические переходы между ступенями вала и фаски назначены под обработку с учетом стандартных токарных проходных резцов с главным углом в плане равным 30, 45, 60 и 90°;

— предусмотрен удобный подвод режущего инструмента к каждой из обрабатываемых поверхностей;

— габаритные размеры детали и точность их обработки соотнесены с возможностями станков с ЧПУ и станочных роботов.

К параметрам, ухудшающим технологичность детали, следует отнести следующее:

— шпоночная канавка закрытого типа — обрабатывается концевой фрезой. Более технологичной была бы открытая канавка, при обработке которой увеличение производительности фрезерования обеспечивается за счет использования дисковой фрезы.

— червячная поверхность также является нетехнологичным элементом, так как операция нарезания витков червяка со снятием стружки производится, в основном, малопроизводительными методами.

— выступающие поверхности Н и П (см. чертеж детали) не позволяют обрабатывать цилиндрические поверхности вала без смены инструмента на токарных операциях, что увеличивает основное время обработки.

В результате можно сделать вывод, что конструкция детали в достаточной мере технологична, за исключением некоторых элементов, «улучшение» технологичности которых приведет к утрате деталью своего прямого назначения.

1.1.5 Формулировка основных технологических задач

Технологические задачи охватывают требования к точности деталей по всем их параметрам и представляются в следующей последовательности:

1. Точность размеров Самыми точными поверхностями вала являются посадочные шейки под подшипники (Ш45k5), которые выполняются по 5-му квалитету. Вспомогательная база M для определения положения шестерни также выполнена по 5 квалитету (Ш50js5), наружный диаметр делительного червяка имеет 6-ой квалитет точности — поверхность (Ш68h6). Наружный и средний диаметры резьбовых соединений выполнены по 6-ой степени точности, характерной для резьб общего назначения. Боковые грани шпоночной канавки выполнены по 9-ому квалитету точности, а длина шпоночной канавки — по 15 квалитету. Размеры с неуказанными отклонениями выполняются по 14-му квалитету.

2. Точность формы Наиболее точно регламентируется форма в продольном и поперечном сечениях у опорных шеек под подшипники качения. Отклонения от круглости и профиля продольного сечения составляют не более 0,0016 мм, то есть не превышают 0.5 допуска на диаметр. Требования по круглости и овальности для поверхности М не должны превышать 0,005 мм. К остальным поверхностям требования по точности формы не предъявляются. Следовательно, допуски формы этих поверхностей не выходят из поля допуска на соответствующий размер и не должны превышать 60% от поля допуска на размер этих поверхностей.

3. Точность взаимного расположения Точность взаимного расположения цилиндрических поверхностей задана радиальным биением, а плоских поверхностей — торцевым биением относительно общей оси базовых поверхностей КЛ. Допуски радиального биения посадочных поверхностей под подшипники качения — не более 0.005 мм, допуск радиального биения по наружному диаметру для поверхности червяка и допуск радиального биения посадочной поверхности под ведущую шестерню (поверхность М) — не более 0.008 мм. Допуски торцевого биения буртиков вала: для правого подшипника — не более 0.005 мм, для опорной поверхности под шестерню — не более 0.005 мм.

Расположение оси симметрии шпоночного паза относительно оси симметрии наружной цилиндрической поверхности определяется зависимым допуском симметричности с нулевым значением, то есть отклонения допустимы только за счет использования части допуска на действительный размер ширины шпоночного паза.

4. Шероховатость и физико-механические свойства поверхностей детали Шероховатость базовых поверхностей под подшипники качения, посадочной поверхности под шестерню и торцевых поверхностей, сопрягаемых с торцом ведущей шестерни и правым подшипником, не должна превышать Ra=0,2 мкм. Шероховатость наружной поверхности червяка и боковых граней червячной поверхности — Ra = 0,4 мкм. Шероховатость посадочной поверхности под шпонку: по боковым граням — Ra = 3,2 мкм, по внутренней поверхности — Ra = 6,3 мкм. Все остальные поверхности выполняются с шероховатостью Ra12.5 мкм, так как к ним не предъявляются особые требования по условиям работы.

К детали предъявляется требование по твердости НRC = 59.63. Данной твердости можно добиться, применив в качестве термообработки цементацию в газовом карбюризаторе и закалку с высоким отпуском для увеличения долговечности детали (параметры термообработки см. далее).

Параметры точности размеров, формы, взаимного расположения, твердости и шероховатости заготовки см. на чертеже (прилагается), а также в пункте, особо посвященном заготовке.

1.2 Выбор заготовки и технико-экономическое обоснование метода ее получения

На выбор заготовки влияют следующие показатели: назначение детали, материал, технические условия, объем выпуска и тип производства, тип и конструкция детали; размеры детали и оборудования; экономичность изготовления заготовки. Все эти показатели должны учитываться одновременно, так как они тесно связаны. Окончательно решение принимают на основании экономического расчета с учетом стоимости метода получения заготовки и механической обработки (таб.1.13 7). Здесь и далее для сравнительной оценки вариантов в качестве условной единицы используется рубль 1980 г., что может дать лишь приближенную экономическую оценку.

В качестве метода получения заготовки предлагается горячая объемная штамповка в закрытом штампе. Преимущество данного метода перед штамповкой в открытом штампе — большая экономия материала (вследствие отсутствия значительного облоя), сокращение времени черновой механической обработки, а как недостаток можно выделить большую стоимость штампа, более жесткие требования по массе к заготовке перед штамповкой в открытом штампе.

В качестве альтернативного метода получения заготовки может использоваться резка заготовок из проката (круг Ш70 мм).

Литье как способ получения заготовки рассматривать нецелесообразно, так как в литой заготовке будет отсутствовать требуемая микроструктура материала (при обработке давлением происходит дополнительное упрочнение заготовки).

Упрощенное сравнение возможных вариантов получения заготовки предполагает два этапа:

1) Сравнение методов получения заготовки по коэффициенту использования материала:

(1.3)

где qмасса готовой детали, кг;

Qмасса заготовки, кг.

2) Сравнение методов получения заготовки на основании расчета стоимости заготовки с учетом ее черновой обработки.

Рассмотрим два основных метода получения заготовки:

1. Отрезка прутка от круглого сортового проката (рис. 1.2.1);

2. Горячая объемная штамповка заготовки на молоте (рис. 1.2.2).

Наиболее простым способом получения заготовки является отрезка прутка от круглого проката мм длиной L:

(1.4)

гденоминальный припуск на обработку;

=Rz + h = 0.3+1.6=1.9 мм — точность и качество поверхности после отрезки сортового проката на отрубном прессе (табл. 3, стр. 180, [1]);

=IT17/2= 7,0/2=3,5 мм — нижнее отклонение размера L=577 мм после отрезки заготовки;

=IT14/2= 1,75/2=0.875 мм — нижнее отклонение размера L=577 мм после фрезерования торцов заготовки на фрезерно-центровальной операции.

Таким образом, получаем из выражения (1.4):

мм;

мм.

Рис. 1.2.1 Изготовление заготовки вала из круглого проката

Масса заготовки:

кг,

где Qмасса заготовки, кг;

Dдиаметр заготовки, см;

Lдлина заготовки, см;

pплотность стали 18ХГТ, кг/см.(p=7.85 кг/см).

Масса детали:

Коэффициент использования материала для заготовки из круглого сортового проката определяется по формуле (1.3):

Рассмотрим второй вариант изготовления заготовки — горячая объемная штамповка заготовки.

Рис. 1.2.2 Изготовление заготовки методом горячей объемной штамповки

Масса заготовки:

Коэффициент использования материала для штампованной заготовки найдем по формуле (1.3):

Таким образом, по коэффициенту использования материала деталь, изготовленная штамповкой на молоте, выгоднее, чем заготовка из круглого сортового проката, так как.

На втором этапе производится сравнение методов получения заготовки на основании расчета стоимости заготовки.

Данные для расчета стоимости заготовки по вариантам сведем в таблицу 1.6:

Таблица 1.6

Сравнение методов получения заготовки

Произведем расчет себестоимости заготовок по следующим зависимостям:

— Затраты на заготовку из проката:

(1.5)

— Стоимость заготовки, получаемой на штамповочном молоте:

(1.6)

где kт — коэффициент, зависящий от класса точности штамповки, для 2-го класса точности kт = 1 (стр 39, [3]),

kс — коэффициент, зависящий от группы сложности поковки, для 2-ой группы сложности kс = 0.88 (табл 15, стр 40, [3]),

kв — коэффициент, зависящий от массы заготовки, kв = 0,89 (табл 15, стр 40, [3]),

kм — коэффициент, зависящий от материала штамповки, kм = 1.27 (стр 39, [3]),

kп — коэффициент, зависящий от объема производства, kп = 1 (табл 16, стр 40, [3]).

Таким образом, получаем из формулы (1.6):

Экономический эффект для сопоставления способов получения заготовок, при которых технологический процесс механической обработки не меняется, может быть рассчитан по формуле:

(1.7)

где — стоимости сопоставляемых заготовок, у.е.;

N =1000 штук.- годовая программа выпуска деталей.

Отсюда находим:

у.е.

Анализ показывает, что получение заготовки из проката потребует намного большего расхода материала, чем при штамповке. Получение заготовки штамповкой является более производительным процессом, но требует специального оборудования и оснастки (штамп, молот, обрезной пресс и т. д.). Затраты на оборудование и оснастку могут окупиться при значительных партиях обработки деталей. Стоимость получения заготовки штамповкой оказывается в два раза большей стоимости заготовки из проката, но, учитывая количество деталей и продолжительность обработки для заготовки из проката (что влияет на износ режущего инструмента и затраты энергоресурсов), экономически целесообразно выбрать заготовку-штамповку на молоте.

Таким образом, окончательно принимаем в качестве заготовки — заготовку, получаемую штамповкой.

1.3 Проектирование маршрута изготовления детали

1.3.1 Выбор типового технологического процесса

При разработке технологического процесса изготовления любой детали в машиностроительном производстве возникает задача — выбрать из нескольких вариантов разработки один, обеспечивающий наиболее экономичное решение. Поэтому с целью экономии труда и времени технологической подготовки производства необходимо использовать типовые процессы обработки деталей и типовых поверхностей деталей. Типовой технологический процесс обработки червяков и колес червячных передач состоит из следующих основных этапов:

1. Обработка заготовки резанием для получения необходимых геометрических форм, а также основных базовых поверхностей.

2. Повторная обработка резанием и дополнительное формообразование детали.

3. Черновое зубонарезание для червяков и колес.

4. Термическая обработка.

5. Обработка монтажных и базовых поверхностей после термической обработки.

6. Окончательная обработка и отделка зубьев червяков после термической обработки.

Кроме получения точных размеров и формы червяка и червячного колеса в делительной передаче необходимо, чтобы технологический процесс их изготовления обеспечивал длительное сохранение полученных размеров и формы. Эта задача решается в результате придания материалам червяка и колеса нужной структуры, твердости и равновесия внутренних напряжений, соответствующими способами получения заготовок, режимами термической обработки и распределением съема припусков между последовательными операциями механической обработки. Соответственно в технологический процесс необходимо включить металлографический контроль заготовок, определение твердости и проверка отсутствия трещин.

Таким образом, учитывая особенности изготовления, укрупненный технологический маршрут обработки делительного червяка из цементуемой стали выглядит следующим образом:

— ковка заготовки;

— отжиг поковки;

— черновое обтачивание поковки;

— высокий отпуск;

— предварительная механическая обработка;

— высокий отпуск;

— цементация;

— нормализация и высокий отпуск;

— промежуточная механическая обработка для снятия цементационного слоя;

— закалка и низкий отпуск;

— первое получистовое шлифование;

— стабилизирующий отпуск;

— второе получистовое шлифование;

— стабилизирующее старение;

— окончательное шлифование.

Схема распределения припусков по различным операциям в процессе механической обработки витков делительного червяка показана на рис. 1.

Предварительная механическая обработка заканчивается шлифованием витков (рис.1) для выравнивания припуска и толщины цементованного слоя. При предварительном точении снимается припуск 1,0−1,5 мм по толщине витка, а при предварительном шлифовании — 0,15- 0,20 мм. При первом получистовом шлифовании витков снимается наибольший припуск (55−60%) для устранения деформаций и черноты поверхности, полученных при термической обработке. Для обеспечения одинаковой толщины цементованного слоя необходимо уделять особое внимание равномерности съема припуска с обеих сторон витка. Уже на этом этапе осуществляется согласование толщины витка червяка с толщиной витка шевера.

Рис. 1.3.1 Распределение припусков при обработке однозаходного червяка по операциям:

1 — черновая прорезка; 2 — предварительная проточка; 3 — предварительное шлифование;

4 — 1-ое получистовое шлифование; 5 — 2-ое получистовое; 6 — чистовое шлифование Достигаемая точность обработки червяка определяется в основном последними операциями шлифования профиля. Второе получистовое шлифование производится уже с высокой точностью на червячноили резьбошлифовальных станках классов точности, А и С, причем используется станок, на котором шлифовался шевер, предназначенный для нарезания колеса, сопрягаемого с данным червяком (соблюдаются условия идентичности их винтовых поверхностей). Наиболее подходят для этой цели станки мод. 5822 и МВ-107. При чистовом шлифовании витков обеспечивают требуемую чертежом шероховатость поверхности, толщину витка и идентичность винтовой поверхности с режущей поверхностью шевера. При этом снимается припуск по толщине, равный 0,10−0,15 мм, причем за номинал принимается фактическая толщина витка шевера, уменьшенная на величину бокового зазора в паре.

Центровые отверстия червяка являются постоянными технологическими и измерительными базами. Поэтому после каждой операции термической обработки производится их восстановление притиркой чугунными или твердосплавными притирами на токарных станках или шлифованием на специальных станках. Требования к шероховатости, прилеганию центровых отверстий и величины биения базовой поверхности после соответствующего этапа механической обработки приведены в таблице 1.7.

Таблица 1.7

Наша деталь отличается от детали, типовой маршрут изготовления которой рассмотрен выше. Рассмотрим отличия:

1. Операция 2-ого получистового шлифования поверхности червяка и стабилизирующее старение исключается из процесса обработки, поскольку данная операция производится для делительных червяков 3−4-ой степени точности. В данном случае для обеспечения выполнения требований к качеству поверхностного слоя червяка достаточно одной операции получистового шлифования.

2. Для обеспечения требований к базовым поверхностям операцию получистового шлифования можно исключить, так как применяется средство активного контроля (двухконтактная скоба) при круглом врезном шлифовании. Данное следящее устройство обеспечит контроль шлифуемого размера непосредственно во время обработки и позволит сократить время обработки базовых поверхностей и количество операций шлифования.

3. Операцию нарезания наружной резьбы (резьбонарезная операция) необходимо выполнить до закалки детали.

Технологический маршрут обработки делительного червяка полностью представлен в п. 1.3.6 пояснительной записки.

1.3.2 Особенности обработки деталей на станках с ЧПУ

Так как деталь «Вал червячный» предназначена для передачи крутящего момента в делительной цепи коробки передач зубообрабатывающего станка, следовательно, к ней предъявляются высокие требования по точности и шероховатости поверхности (подробнее см. раздел 1.1.5). Кроме того, предполагается выпускать 1000 деталей в год (среднесерийное производство). В данном случае применение универсального оборудования нецелесообразно, так как при среднесерийном производстве обработку ведут на предварительно настроенных станках, количество обрабатываемых поверхностей на одной операции (токарный станок) ограничивается четырьмя (2 цилиндра и 2 торца). Ко всему прочему, универсальные станки могут не дать требуемой точности. В результате для обработки детали понадобится большое количество универсальных станков, следовательно, большое число рабочих, наладчиков и т. д. Все эти проблемы будут устранены путем применения оборудования с ЧПУ. Несмотря на более высокую стоимость, данные станки при применении соответствующего инструмента, режимов резания и правильной технологии обладают высокой производительностью и позволяют получить большую точность. Поэтому токарные операции будут выполняться на станках с ЧПУ. Приведем некоторые аспекты и особенности обработки на станках с ЧПУ.

Проектирование токарной операции является частью более общей задачи разработки технологического процесса изготовления детали. Необходимо знать не только, в каком виде заготовка поступает на токарную операцию, но и какова должна быть ее точность после обработки. Технологическую разработку токарной операции на станках с ЧПУ начинают с составления эскиза заготовки в том виде, который она принимает после предшествующей обработки с указанием всех размеров и технических требований. Рекомендуется на эскизе тонкими линиями показать контур детали, получаемый после обработки, с указанием допустимых отклонений и качества поверхности.

Несмотря на то, что перед разработкой технологических процессов проводится анализ технологичности детали, при проектировании токарной операции на станках с ЧПУ рекомендуется дополнительно проанализировать ее технологичность. При этом обращается внимание на унификацию элементов детали, упрощение геометрической формы, обеспечение жесткости при обработке.

При применении станков с ЧПУ необходимо наиболее полно использовать технологические возможности этого оборудования. Для каждого станка имеется определенный комплект инструмента. Следует проверить возможность обработки детали с его применением. В случае необходимости разрабатывают предложения по изменению конструкции детали.

Наибольший эффект достигается при использовании станков с ЧПУ для решения наиболее сложных технологических задач, например для обработки деталей сложного профиля, в случае высокой концентрации переходов обработки, исключения слесарных работ и сложных приспособлений. На станках с ЧПУ нецелесообразно обрабатывать детали с числом ступеней меньше трех и детали, время установки и выверки которых велико. Станок с ЧПУ должен быть занят обработкой деталей одного наименования в год в течение 10 — 25 ч. На токарных станках с ЧПУ последовательность переходов обработки следующая:

а) предварительная (черновая) обработка основных участков поверхностей детали: подрезка торцов, центрирование перед сверлением отверстий диаметром до 20 мм, сверление (если используются два сверла, то вначале сверлом большего диаметра), рассверливание отверстий, точение (получистовая обработка) наружных поверхностей, а затем растачивание внутренних поверхностей;

б) обработка дополнительных участков поверхностей детали (кроме канавок для выхода шлифовального круга, резьбы и т. п.); в тех случаях, когда черновая и чистовая обработки внутренних поверхностей проводятся одним резцом, все дополнительные участки обрабатывают после чистовой обработки;

в) окончательная (чистовая) обработка основных участков поверхности детали, сначала внутренних, потом наружных;

г) обработка дополнительных участков поверхностей детали, не требующих черновой обработки: сначала в отверстиях или на торцах, затем на наружной поверхности.

Обработка на токарных станках с ЧПУ характеризуется следующей точностью. Однократная обработка поверхности обеспечивает точность 12−13-го квалитета и параметр шероховатости поверхности Rа 3,2 мкм. Радиус при вершине резца при этом назначают по наименьшему радиусу галтели на детали; в других случаях галтель выполняют по программе. При более высоких требованиях к качеству поверхности (Rа менее 1,6 мкм) на последнем чистовом переходе уменьшают подачу и увеличивают частоту вращения. При более высоких требованиях к точности (7- 9-го квалитета) окончательную обработку осуществляют чистовым резцом с коррекцией на размер. Для обеспечения высокой точности размеров при чистовой обработке резец устанавливают в такой плоскости, чтобы погрешность позиционирования револьверной головки не влияла на точность размера обрабатываемой поверхности.

Черновую обработку со снятием напуска проводят по-разному: если перепад диаметров ступеней больше длины ступени, то обработку ведут с поперечной подачей (в противном случае — с продольной подачей). Современные системы ЧПУ позволяют вести эту обработку по постоянному циклу. При составлении программы задают исходный и требуемый контур. Система ЧПУ автоматически формирует управляющие команды для выполнения обработки. Схемы перемещения инструментов при обработке основных участков поверхности приведены на рис. 18 — 20. Обычно эти участки обрабатывают черновыми, а затем чистовыми резцами.

На станках с ЧПУ фаски, канавки для выхода инструмента обрабатывают, как указано выше, или тогда, когда это наиболее целесообразно применительно к стойкости инструмента и производительности обработки. При этом учитывают, что работа вершины резца при врезании улучшается, если снята фаска. Если обработка начинается со снятия фасок, то детали будут без заусенцев (по этой же причине канавки выполняют нередко после чистового перехода). Фаски целесообразно снимать серединой режущего лезвия инструмента.

Для уменьшения трудоемкости программирования канавки сложной формы обрабатывают по типовой программе резцами за несколько переходов.

В процессе подготовки программы обработки деталей на токарных станках с ЧПУ согласуют системы координат станка, патрона, детали и режущего инструмента.

В системах управления токарными станками с ЧПУ предусмотрена возможность ввода коррекций на положение инструмента для компенсации упругих деформаций и износа. При этом корректирующие переключатели (блоки коррекции) выбираются программой обработки либо на всю зону обработки одним инструментом, либо на отдельные поверхности. Блоки коррекций не назначают на сверла, развертки и другой осевой мерный инструмент.

По одному блоку коррекции выделяют: на резцы для чистовой обработки основных участков поверхностей; на прорезные и расточные резцы для обработки дополнительных участков поверхностей; на черновой резец для окончательной обработки торца; на черновой резец для обработки наружных и внутренних поверхностей (если остаются незанятые блоки).

Два блока коррекции на один инструмент с разделением кадров программы назначают: при нарезании резьбы (на зачистных ходах блоки чередуются через ход); при обработке мерных канавок немерным прорезным резцом (для чистовой обработки правой и левой сторон канавки); для каждого наладочного режима с остановом и измерением детали (при обработке поверхностей высокой точности).

Три блока коррекции назначают на чистовой резец, формирующий сложный и точный контур детали, например зубчатый венец конического колеса. В этом случае блоки коррекции должны быть «привязаны» к кадрам, обеспечивающим получение наружного диаметра зубчатого колеса, передней и задней конических поверхностей.

1.3.3 Выявление комплектов основных и вспомогательных баз

В типовом маршруте обработки вала конструктором указаны центровые отверстия, которые могут использоваться в качестве технологических баз, т. е. общая ось центровых отверстий, обработка относительно которой обеспечит обработку ступеней вала за два установа и обеспечит требования по соосности поверхностей и точности диаметральных размеров. В результате анализа типового технологического процесса приходим к следующим решениям по выбору баз для обработки червячного вала.

Комплект конструкторских основных баз:

Основной конструкторской базой, определяющей положение детали в изделии, является общая ось базовых опорных шеек под подшипники 1,2. Тем самым лишаем изделие четырех степеней подвижности — двойная направляющая скрытая база (здесь и далее см. рис. 1.3.2);

— конструкторская основная опорная явная база — левый торец опорной шейки 2 поверхность 3.

Рис. 1.3.2 Положение основных конструкторских и технологических баз Комплект конструкторских вспомогательных баз:

В качестве комплекта вспомогательных конструкторских баз, определяющих положение присоединяемых деталей, используем следующие поверхности:

· Комплект конструкторских вспомогательных баз для правого и левого подшипников:

— конструкторская вспомогательная двойная опорная скрытая база — для левого подшипника — ось пов. 1 (для правого-ось пов. 2 соответственно);

— конструкторская вспомогательная установочная явная база — для правого подшипника — поверхность торца 3 (для левого подшипника установочной базой является поверхность левого торца втулки, соединяемой с валом по поверхности 1).

· Комплект конструкторских вспомогательных баз для шестерни, сопрягаемой с валом по поверхности 4 со шпоночной канавкой:

— конструкторская вспомогательная двойная направляющая скрытая база-ось поверхности 4;

— конструкторская вспомогательная опорная явная база-поверхность торца 5;

— конструкторская вспомогательная опорная скрытая база-плоскость симметрии шпоночной канавки 6.

Комплект технологических баз.

Поскольку технологические базы необходимо совмещать с конструкторскими, что в данном случае затруднительно, определим комплект технологических вспомогательных баз:

— технологическая вспомогательная двойная направляющая скрытая база — общая ось центровых отверстий;

— технологическая основная опорная явная база — торец 7 (или 8 в зависимости от установки вала в центры станка).

1.3.4 Выбор технологических баз

Одной из важнейших задач при проектировании технологических процессов механической обработки деталей червячных передач является выбор установочных баз, как для первых, так и последующих операций, а также и соблюдение единства баз в процессе всей обработки детали с минимальным количеством перестановок. От правильного решения вопроса о технологических базах в значительной степени зависят: точность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей; точность размеров, которые должны быть получены при выполнении запроектированной технологической операции; степень сложности и конструкция приспособлений; производительность обработки. Основные принципы, которыми целесообразно руководствоваться при выборе технологических баз:

1) Использовать принцип совмещения баз, когда в качестве технологических баз принимаются основные конструкторские базы, используемые при определении положения детали в изделии.

2) Соблюдать принцип постоянства баз, то есть использовать на всех основных операциях одни и те же базы.

Помимо единства баз при нарезании витков червяка необходимо также обеспечить совпадение монтажных поверхностей червяка в агрегате с технологическими базами, принятыми при нарезании витков. Поэтому при выборе базирующих поверхностей необходимо учитывать следующие обстоятельства:

1) базирующие поверхности должны быть выбраны так, чтобы при установке на них детали и зажиме ее, деталь не смещалась бы с приданного ей положения и не деформировалась бы в недопустимых пределах под действием сил зажима и сил резания;

2) базирующие поверхности должны быть достаточной протяженности и расположены близко к месту возникновения сил резания;

3) неточность установки детали будет зависеть от неточности размеров и неправильной геометрической формы опорных установочных баз.

В качестве черновой базы на фрезерно-центровальной операции используется двойная направляющая скрытая база — общая ось базовых поверхностей 1 и 2 заготовки (см. рис. 1.3.2), чтобы получить технологическую базу для последующих операций — общую ось центровых отверстий. При токарной обработке — точении ступеней вала, общая ось центровых отверстий будет использована как промежуточная база. Использование центров в качестве установочных элементов подразумевает применение того или иного поводкового устройства, передающего крутящий момент детали: поводковые патроны, хомутики и т. п.

В качестве промежуточной базы на шпоночно-фрезерной операции также будет использована двойная направляющая скрытая база-ось поверхности 4 и опорная явная база-торец 5. При такой схеме базирования обеспечивается допуск симметричности относительно общей оси.

При окончательном нарезании витков червяка возникают большие силы резания, поэтому установка детали только в центрах недостаточно жесткая. Наиболее точное и жесткое базирование возможно при применении дополнительной опоры — люнета (разработка которого является частью дипломного проекта), что повысит устойчивость технологической системы и исключит повышенное биение монтажных шеек.

Техническими требованиями чертежа предусмотрена твердость 59−63 HRCэ, то есть, необходима термическая обработка, в данном случае цементация поверхности червяка. В качестве чистовых баз будем использовать те же центровые отверстия, но для их обработки предусмотрим центрошлифовальные операции после каждой операции термообработки на специальном станке, где используется двойная направляющая скрытая база — общая ось базовых поверхностей 1 и 2 детали (базы К и Л) и установочная явная база — тор.

1.3.5 Выбор оборудования

Конкретную модель станка, необходимую для выполнения операции, выбираем исходя из следующих показателей:

· Вид обработки — токарная, фрезерная, сверлильная, шлифовальная и т. п.

· Точность и жёсткость станка.

· Габаритные размеры станка (высота и расстояние между центрами,

размеры стола).

· Мощность станка, частота вращения шпинделя, скорость подачи.

· Возможность механизации и автоматизации выполняемой операции.

· Цена станка.

При среднесерийном производстве станок должен удовлетворять не только всем требованиям данной обработки, но и обеспечивать заданную производительность. С целью экономного расходования электроэнергии, обработку детали планируем на станках возможно меньших размеров, имеющих соответственно менее мощные электродвигатели.

Характеристики оборудования [2], принятого для операций технологического процесса, сведены в таблицы 1.8−1.12.

Таблица 1.8

Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3

Примечание: станок 16К30Ф3 выполнен с двумя управляемыми координатами по программе. Дискретность системы управления при задании размеров: продольных — 0.01 мм; поперечных — 0.005 мм.

Таблица 1.9

Вертикально-фрезерный станок 6Р12

Таблица 1.10

Резьбофрезерный станок 5Б63Г

Примечание: В скобках приведены наибольшие диаметр и шаг нарезаемой резьбы.

Таблица 1.11

Червячно-шлифовальный станок 5887

Таблица 1.12

Круглошлифовальный станок 3М151

1.3.6 Маршрут обработки детали

Рассмотрим операции механической обработки для изготовления делительного червяка с выбором оборудования, которое предполагается использовать в процессе изготовления данной детали по этапам маршрута. Сведем полученные данные в таблицу 1.13. Эскиз детали с нумерацией поверхностей, на которые предусмотрены операции механической обработки, приведен на рис. 1.3.3:

Таблица 1.13

Технологический маршрут обработки вала червячного