Расчет и проектирование дискового долбяка и участка инструментального цеха

Реферат

Расчетно-пояснительная записка содержит: _____ страниц, 16 рисунков, 12 таблиц, 5 приложений, 57 источников.

Объект проектирования — долбяки дисковые прямозубые m=5…10 мм и участок инструментального цеха.

Цель дипломного проекта — спроектировать гамму дисковых прямозубых долбяков m=5…10 мм и участок инструментального цеха с годовой программой выпуска 220 тыс. шт.

В проекте выполнены анализ и исследования существующих конструкций долбяков, выбор и обоснование типа производства и заготовки, спроектирован маршрутный технологический процесс изготовления долбяка, рассчитаны припуски, режимы резания и нормы времени на операции механической обработки.

Разработанный технологический процесс изготовления долбяка предусматривает применение высокопроизводительного металлорежущего оборудования, прогрессивного режущего и контрольно-измерительного инструмента, средств механизации и автоматизации, рациональных режимов резания. Эти мероприятия обеспечивают сокращение трудоемкости изготовления долбяка.

В проекте проанализированы и разработаны конструкции установочного приспособления с механизированным приводом — патрона трёхкулачкового пневматического, приспособления для контроля радиального биения по вершинам и по впадинам зубьев долбяка. Применение указанных разработок позволило сократить вспомогательное время, повысить производительность и точность обработки, улучшить условия труда. Сделан подробный анализ и расчет инструмента второго порядка, применяемого для механической обработки зубьев долбяка — фрезы червячной модульной.

Спроектирован участок инструментального цеха для изготовления долбяков. Рассчитано необходимое количество оборудования и коэффициенты его загрузки, выбраны основные параметры пролёта, подъёмно-транспортное оборудование.

В экономической части дипломного проекта определена стоимость основных производственных фондов, произведены расчёты издержек производства, цены продукции, прибыли и рентабельности, определён срок окупаемости вложений в основные производственные фонды.

В проекте произведён анализ опасных и вредных производственных факторов спроектированного участка, разработаны мероприятия по обеспечению безопасных условий труда, произведён расчет общего искусственного освещения участка. Разработаны мероприятия, направленные на повышение устойчивости спроектированного участка, на случай взрыва 100 тонн сжиженного пропана.

ДОЛБЯК ДИСКОВЫЙ, МОДУЛЬ, ОПЕРАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ, ПРИПУСКИ, МАШИННОЕ ВРЕМЯ, КАРТЫ НАЛАДОК, ПРИСПОСОБЛЕНИЕ, ЦЕХ, ОСНОВНЫЕ ПРОИЗВОДСВЕННЫЕ ФОНДЫ, ЦЕНА, ПРИБЫЛЬ, ИЗДЕРЖКИ, РЕНТАБЕЛЬНОСТЬ, ОКУПАЕМОСТЬ, ОПАСНЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ФАКТОРЫ, ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТЬ, ОСВЕЩЕНИЕ, УСТОЙЧИВОСТЬ.

• Реферат
• Введение
• 1. Специальная часть
• 1.1 Анализ и исследования существующих конструкций долбяков
• 1.2 Расчёт и проектирование дискового долбяка m=6 мм
• 2. Технологическая часть
• 2.1 Выбор и обоснование типа производства
• 2.2 Выбор и обоснование типа заготовки
• 2.3 Проектирование маршрутного технологического процесса
• 2.4 Расчет припусков
• 2.5 Расчет режимов резания
• 2.6 Определение трудоемкости изготовления изделия
• 2.7 Проектирование операционного технологического процесса
• 2.8 Выбор средств и методов контроля изделия
• 3. Конструкторская часть
• 3.1 Расчет и проектирование установочного приспособления
• 3.2 Расчет и проектирование контрольного приспособления
• 3.3 Расчет и проектирование специального режущего инструмента
• 4. Расчёт, компоновка и планировка участка
• 4.1 Расчет необходимого количества оборудования и коэффициентов его загрузки
• 4.2 Выбор основных параметров пролета
• 4.3 Выбор транспортных средств. Уборка стружки. Безопасность работы
• 5. Экономическая часть
• 5.1 Исходные данные
• 5.2 Определение стоимости основных производственных фондов
• 5.3 Расчет издержек производства
• 5.3.1 Прямые материальные расходы
• 5.3.2 Прямые расходы на оплату труда
• 5.3.3 Другие прямые расходы
• 5.3.4 Общепроизводственные расходы
• 5.3.5 Калькуляция себестоимости
• 5.4 Расчет цены продукции, прибыли и рентабельности
• 5.4.1 Оптовая цена единицы продукции Ц_опт^1ШТ, грн/шт.
• 5.4.2 Отпускная цена единицы продукции Ц_{оТПускн}^1ШТ, грн.
• 5.4.3 Выручка от реализации продукции В_РП, грн.
• 5.4.4 Валовая прибыль от реализации, П_Вал, грн.
• 5.4.5 Чистая прибыль от реализации, П_ЧИСТ, грн.
• 5.4.6 Рентабельность продукции Р_ПРД, %
• 5.4.7 Рентабельность производства Р_ПРЗ, %
• 5.5 Технико-экономические показатели проекта
• 5.5.1 Фондоотдача Ф_ОТ, грн/грн.
• 5.5.2 Фондовооружённость Ф_ВООР, грн/чел.
• 5.5.3 Общая трудоемкость работ Т_{Р. ВЫП}, н-час.
• 5.5.4 Трудоемкость 1 т продукции Т_{Р. ВЫП}^1Т, н-час/т.
• 5.5.5 Съем продукции с 1 м² площади С_М², т/м²
• 5.5.6 Выработка на 1-го работающего В_грн/Ч, грн/чел.
• 5.5.7 Среднемесячная зарплата руководителя З_{зп. рук}, специалиста З_{зп. спец} и технического служащего З_{зп. сл}, грн.
• 5.5.8 Среднемесячная зарплата вспомогательного рабочего З_{зп. вСП}, грн.
• 5.5.9 Среднемесячная зарплата основного рабочего З_{ЗП. ОСН}, грн.
• 5.5.10 Срок окупаемости вложений в ОПФ если они были выполнены собственными средствами, Т_ОСБ, лет
• 5.5.11 Срок окупаемости вложений в ОПФ если они были выполнены занятыми в банке средствами, Т_{О. зан}, лет, определяется в несколько этапов
• 6. Охрана труда
• 6.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов
• 6.2 Разработка мероприятий по обеспечению безопасных условий труда
• 6.3 Расчет общего искусственного освещения участка
• 7. Гражданская оборона
• Выводы
• Перечень ссылок

Ведущая роль в развитии промышленности принадлежит станкоинструментальному производству, которое определяет уровень производительных сил не только машиностроения, но и всей промышленности.

Для удовлетворения потребностей машиностроения, металлообработки и других отраслей промышленности в металлорежущем инструменте необходимо увеличить количество типов его выпусков, значительно повысить его качество, улучшить методы эксплуатации.

Качество инструмента зависит от его конструкции, материала и технологии производства. Основополагающими технологическими направлениями развития инструментального производства являются: приближение формы заготовки к форме готового изделия за счет применения специального профиля штампов, заготовок, использования методов пластического деформирования порошковой металлургии; автоматизация технологических процессов, применение автоматизированных загрузочных устройств, роботов, специальных станков, автоматических линий и станков с ЧПУ; концентрация и совмещение операций, применение высокоэффективной оснастки; использование новых эффективных СОЖ с подводом их непосредственно в зону резания; широкое использование глубинного шлифования и затачивания; применение сверхтвердых абразивных материалов, новейших методов термической и термохимической обработки, износостойких покрытий; расширение области применения электрофизических и электрохимических методов обработки.

Эти направления, в конечном счете, способствуют решению главных задач повышения эффективности производства и качества выпускаемой продукции.

В развитии обработки металлов резанием за последние годы происходят принципиальные изменения. В числе этих изменений: интенсификация технологических процессов по причине применения инструментов из новых инструментальных материалов, расширение области применения оборудования с ЧПУ, создание роботизированных станочных комплексов и гибких производственных систем, управляемых ЭВМ, повышение размерной и геометрической точности.

В работе машиностроительных предприятий большую роль играет инструментальная оснастка. От степени её совершенства в значительной мере зависят производительность труда, возможности автоматизации технических процессов.

Одним из важнейших элементов инструментальной оснастки является режущий инструмент. Замена напайного инструмента сборным даёт экономический эффект, так как происходит экономия инструментального материала, снижается время замены инструмента, повышается его качество и качество поверхностного слоя и точности обработки.

Проект является актуальным, т.к. направлен на обеспечение потребности в современном, качественном и конкурентоспособном инструменте.

Цель дипломного проекта — спроектировать технологический процесс и участок по производству долбяков дисковых m=5…10.

1. Специальная часть

1.1 Анализ и исследования существующих конструкций долбяков

Зуборезные долбяки являются универсальным зуборезным инструментом. По конструктивно-технологическим признакам долбяки делятся на дисковые, чашечные и хвостовые, по назначению — для нарезания зубчатых колес с внешними и внутренними прямыми и косыми зубьями. Долбяки изготавливают трех классов точности: АА, А и В — для обработки колес соответственно 6, 7, 8-й степени точности по ГОСТ 1643–81. Стандарт предусматривает следующие геометрические параметры долбяков: передний угол = 5°, задний = 6°. Небольшие значения углов и связаны с тем, что их увеличение приводит к увеличению погрешностей профиля проекции боковой режущей кромки долбяков на торцовую плоскость.

Наличие такой геометрии у стандартных долбяков обусловливает сравнительно небольшой период их стойкости, который обычно составляет 240−400 мин в зависимости от модуля и характера обработки.

Зубодолбление воспроизводит зацепление пары цилиндрически колес, одним из которых является инструмент — долбяк. Поэтому зубодолблением по методу обката могут быть обработаны любые детали, входящие в зацепление с сопряженным зубчатым колесом. Наряду с прямозубыми и косозубыми цилиндрическими колесами с внешними зубьями, которые могут обрабатываться также инструментом типа зубчатой рейки, к этим деталям относятся прямозубые и косозубые колеса с закрытыми венцами, а также зубчатые рейки с прямыми и косыми зубьями. Вследствие короткого пути перебега инструмента этот метод наиболее пригоден для изготовления зубчатых венцов, плотно прилегающих к буртику. При долблении инструмент и деталь образуют передачу с параллельными осями. Инструмент и деталь выполняют на зубодолбежном станке вращательное движение в соответствии с числом их зубьев. При этом долбяк выполняет движение возвратно-поступательное, необходимое для съема стружки (движение резания) в осевом направлении. Для изготовления косозубых колес долбяк за счет винтовых направляющих получает дополнительное движение. При обратном ходе (холостом) инструмент отводится от детали, чтобы избежать затирания зубьев. Инструмент представляет собой прямозубое или косозубое колесо, боковые поверхности которого затылованы в целях получения необходимого для резания заднего угла. Обкат осуществляется непрерывно при обкаточном долблении долбяком; специального движения деления не требуется. Соответствующим регулированием подачи при обкате может быть получена наиболее экономичная обработка сегментов зубьев. Несложная форма инструмента позволяет экономично производить нарезание зубьев любого специального профиля, например звездочек роликовых и зубчатых цепей, а также многоугольных (полигональных) профилей.

В зависимости от размера и назначения существуют следующие конструктивные разновидности долбяков:

1. Дисковые прямозубые, применяемые для нарезания прямозубых цилиндрических колес, главным образом наружного зацепления. Стандартные дисковые долбяки по ГОСТ 9323–79 делают с номинальным делительным диаметром

D₀=80ч200 мм, модулем 1−12 мм (рис. 1.1, а).

2. Чашечные, применяемые для нарезания наружных блочных колес в упор и для изготовления внутренних колес средних модулей. Стандартные долбяки этого вида имеют номинальный диаметр 50ч125 мм и модуль 1−9 мм. Они отличаются от дисковых более глубокой выточкой для размещения крепежной гайки (рис. 1.1, б). При обработке блочных шестерен в ряде случаев гайка не должна выступать за плоскость, проходящую через вершинные режущие кромки. Чашечные долбяки с внутренними зубьями применяются в том случае, если форма детали не допускает зацепления с долбяками, имеющими внешние зубья.

Рисунок 1.1 — Типы зуборезных долбяков

3. Концевые, или хвостовые, долбяки (рис. 1.1, в), применяемые для нарезания колес внутреннего зацепления, имеют D₀=25; 38 мм, m=1ч4 мм.

На рисунке 1.1, г и д показан дисковый долбяк для нарезания косозубых и шевронных колес. Косозубые долбяки для косозубых колес делают номинальным диаметром до 200 мм и для шевронных колес до 360 мм.

Также всё большее применение находят сборные долбяки. Крепление режущей части к корпусу осуществляется следующими способами:

1. На базовую поверхность корпуса 1 устанавливается зубчатый венец 2 режущей части (рис. 1.2). После взаимного расположения зубьев корпуса и венца в приспособлении гайкой 4 посредством шайбы 3 венец прижимается режущей частью к корпусу с усилием, предотвращающим взаимный проворот корпуса и венца.

Зубчатый венец может быть разделен на отдельные зубья 5. В этом случае при расположении на базовой поверхности корпуса зубья разделяются сухарями 6, имеющими скосы на разделительных поверхностях, что обеспечивает надежную фиксацию зубьев в корпусе при зажатии гайки.

С целью уменьшения высоты долбяка конструкции корпуса, зубьев и гайки могут быть видоизменены следующим образом. Сопряженные базовые поверхности корпуса 8 и зубьев 7 выполняются уступчатой формы. При зажатии гайки 9, прижимная наружная поверхность которой выполнена конической, обеспечивается надежная фиксация зубьев с сухарями в корпусе.

При такой конструкции сборного долбяка значительно уменьшается число крепежных деталей, появляется возможность высокоэффективной обработки высокотвердых материалов.

Рисунок 1.2 — Крепление зубчатого венца и отдельных зубьев сборного зуборезного долбяка

2. Характерной особенностью другого сборного долбяка является наличие выточки в корпусе, в которой закрепляют зубья винтами, расположенными во впадинах (рис. 1.3).

В корпусе выполняется прямоугольная выточка, наклоненная под передним углом к торцовой поверхности долбяка. В ней размещают зубья долбяка, допуски на сопрягаемые поверхности которых определяются угловой размерной цепью. Зубья по впадине закрепляют винтами. Особая форма паза и возможность закрепления винтами обеспечивают надежное соединение зубьев и корпуса.

Использование предлагаемого сборного долбяка обеспечивает высокую точность технологического изготовления, значительно упрощает конструкцию за счет меньшего количества несложных комплектующих элементов. Оснащение конструкции комплектами сменных зубьев позволяет повысить эффективность использования, оперативно осуществлять замену вышедших из строя зубьев.

Рисунок 1.3 — Сборный долбяк с креплением режущих элементов по впадине

3. Простота и надежность закрепления режущих зубьев в корпусе долбяка обеспечивается конструкцией, показанной на рис. 1.4 В корпусе 1 зуборезного сборного долбяка сделаны клиновидные пазы 2, в которые устанавливаются режущие зубья 4, выполненные наклонными относительно оси вращения инструмента и относительно направления основной составляющей силы резания. Собственно закрепление и фиксация режущих зубьев в корпусе осуществляется посредством стопорного кольца 3 со стороны заднего торца. Со стороны переднего торца режущие зубья поджимаются гайкой 5 с коническим торцом. Гайка служит для создания необходимого минимального натяга и выборки зазоров. В предложенной схеме закрепление режущих зубьев происходит в результате выполнения клиновидных пазов наклонными. Вследствие этого основная (большая) составляющая от силы резания воспринимается жестким корпусом, причем имеет место уменьшение удельных нагрузок, так как увеличивается опорная поверхность контакта зуба и корпуса. Другая составляющая воспринимается стопорным кольцом, охватывающим зубья таким образом, что кольцо как бы работает на разжим.

Рисунок 1.4 — Крепление режущих элементов сборного долбяка на венце

Существует ряд других направлений совершенствования конструкций зуборезных долбяков, оборудования для их использования и повышения производительности процессов зубодолбления.

Новым шагом в создании более рациональных конструкций долбяков является совместное их проектирование с обрабатываемыми зубчатыми изделиями, а также с учетом особенностей формообразования того или иного типа изделия. Широкие возможности здесь имеются для использования ЭВМ.

Предлагаются расчеты боковой и вершинной режущих кромок долбяков с переходными фасками, переменной по высоте зуба величины, что обеспечивает существенное повышение стойкости долбяков и долговечности обработанных ими колес вследствие повышения их прочности.

Установлено, что существенное повышение стойкости и производительности процесса обеспечивает оснащение долбяков твердым сплавом и выбор соответствующих ему режимов эксплуатации. Твердосплавные долбяки бывают цельными (рис. 1.5, б). Их параметры не отличаются от стандартных за исключением упрочняющей фаски на вершине. Разработаны также сборно-паянные долбяки (рис. 1.5, а), рабочая часть которых твердосплавная, опорная — из стали 45. Применение такого инструмента обеспечивает сокращение инструментального материала в два раза при невысокой трудоемкости изготовления. Для твердосплавных долбяков, как и для твердосплавных червячных фрез, может быть реализован принцип многократного использования (рис. 1.5, в и г). Сборные долбяки выполняются из отдельных зубьев, либо из отдельных секторов. Передний угол может выбираться отрицательным, что предотвращает выкрашивание зубьев при обработке высокотвердых изделий. Такие долбяки не имеют напряжений при пайке, но отличаются сложностью конструкции.

а — сборно-паянные; б — цельные; в — сборные со вставными зубьями;

г — сборные со сменными сегментами

Рисунок 1.5 — Твердосплавные зуборезные долбяки

Из рассмотренных конструкций зуборезных долбяков выбираем следующую конструкцию: долбяк дисковый прямозубый (цельный), т.к. процесс зубодолбления происходит с ударами. Цельная конструкция является более жёсткой, чем сборная. Также, цельный долбяк легче и дешевле изготовить, в то время как зубчатый венец сборного долбяка изготовит сложнее и стоимость его изготовления соответственно выше, чем цельного.

Долбяк, рассматриваемый в данном дипломном проекте (дисковый прямозубый), имеет следующие геометрические параметры: d_do=143,989±0,1; d_o=126; d_i=110,4; m=6. Число зубьев z=21. Класс точности В. Марка стали Р6М5. Посадочное отверстие выполнено в виде гладкого цилиндрического отверстия. Следовательно, данный долбяк устанавливается и закрепляется на станке при помощи шайбы и гайки.

1.2 Расчёт и проектирование дискового долбяка m=6 мм

Исходные данные:

— профильный угол ;

— модуль мм;

— число зубьев шестерни

— коэффициент головки зуба ;

— межцентровое расстояние мм

Расчет исходных параметров

1. Диаметр делительной окружности:

; (1.1)

Исходя из межцентрового расстояния:

мм.

мм;

2. Диаметр окружности впадин:

; (1.2)

мм;

мм.

3. Глубина захода зуба:

; (1.3)

мм.

4. Высота зуба:

; (1.4)

мм.

5. Диаметр окружности выступов:

; (1.5)

мм;

мм.

6. Шаг по делительной окружности:

; (1.6), мм.

7. Толщина зуба по делительной окружности:

; (1.7)

мм.

8. Межцентровое расстояние:

мм.

Определение дополнительных технологических данных зубчатого колеса

9. Действительный угол зацепления:

; (1.8)

10. Диаметры основных окружностей колес:

; (1.9)

мм;

мм.

11. Наибольший радиус кривизны:

; (1.10)

мм.

12. Радиус кривизны в точке начала активной части профиля зуба нарезаемого колеса:

; (1.11)

мм;

мм.

Рисунок 1.6 — Параметры зацепления долбяка с обрабатываемым колесом

Расчет прямозубого долбяка

Определение параметров долбяка

13. Число зубьев долбяка:

(1.12)

где мм;

.

Округляем до целого числа:

.

14. Диаметр делительной окружности:

; (1.13)

мм.

15. Теоретический диаметр основной окружности:

; (1.14)

мм.

16. Боковой задний угол в плоскости, параллельной оси долбяка:

; (1.15)

;

.

Рисунок 1.7 — Геометрические параметры зуборезного долбяка

17. Диаметр наружной окружности в исходном сечении:

; (1.16)

мм.

18. Толщина зуба по делительной окружности:

; (1.17)

мм.

19. Угол давления на головке зуба:

; (1.18)

;

.

20. Толщина зуба по вершине:

; (1.19)

мм.

21. Станочный угол зацепления переточенного долбяка, гарантирующий отсутствие среза и неполной обработки вершины зубьев колеса неэвольвентной частью профиля зуба долбяка:

; (1.20)

;

.

22. Станочный угол зацепления переточенного долбяка, определяющего начало подрезки ножки зуба не рассчитывается, так как .

23. Вспомогательная величина:

; (1.21)

.

24. Максимальное отрицательное исходное расстояние предельно сточенного долбяка:

; (1.22)

мм

где — наибольший из станочных углов зацепления переточенного долбяка, гарантирующий отсутствие среза и определяющий начало подрезки ножки зуба.

25. Станочный угол зацепления нового долбяка, определяющий полную обработку рабочей части профиля зуба колеса:

; (1.23)

;

.

26. Продолжительное исходное расстояние, определяющее полную обработку рабочей части профиля зуба колеса:

; (1.24)

мм.

27. Расчетный задний угол по верху долбяка:

; (1.25)

28. Исходное расстояние, лимитирующее заострение зуба долбяка:

(1.26)

где =0 (для цилиндрических колес);

мм.

29. Максимально возможная величина стачивания долбяка вдоль его оси:

; (1.27)

мм.

30. Принимаем положительное исходное расстояние:

; (1.28)

мм.

а б в г

а, б - симметричное расположение исходных расстояний;

в — с полным использованием положительного исходного расстояния;

г - с полным использованием отрицательного исходного расстояния

Рисунок 1.8 — Варианты расположения исходного сечения долбяка

Определение чертежных размеров долбяка по передней поверхности

31. Станочный угол зацепления нового долбяка:

; (1.29)

;

.

32. Наружный диаметр нового долбяка:

; (1.30)

мм.

33. Станочный угол зацепления предельно сточенного долбяка:

; (1.31)

;

.

34. Уточненный задний угол по верху:

; (1.32)

;

.

35. Принимаемая высота долбяка:

; (1.33)

мм.

36. Толщина зуба на делительной окружности по нормали:

; (1.34)

мм.

37. Высота головки зуба долбяка по передней поверхности:

; (1.35)

мм.

38. Полная высота зуба долбяка:

; (1.36)

мм.

39. Корректированный торцовый профильный угол долбяка для уменьшения искажения профиля колеса от наличия переднего и заднего углов:

; (1.37)

; .

40. Диаметры основных окружностей долбяка при шлифовании его профиля:

; (1.38)

мм.

2. Технологическая часть

2.1 Выбор и обоснование типа производства

Согласно ГОСТ 14.004−83 различают три основные классификационные категории производства:

вид производства, характеризующийся применяемым методом изготовления изделия, в частности литейное, сварочное, механосборочное и др.;

тип производства, выделяемый по признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска продукции (различают единичный, серийный и массовый типы производства);

форма организации производства — поточная или непоточная, характеризуемая уровнем специализации рабочих мест и принципом расположения оборудования.

По ГОСТ 3.1121−84 тип производства характеризуется коэффициентом закрепления операций К_{з. о.,} который определяется как отношение суммы всех различных технологических операций, выполняемых или подлежащих выполнению подразделением в течение месяца, к числу рабочих мест:

; (2.1)

Для различных типов производства приняты следующие значения коэффициента закрепления: для массового производства К_{з. о.} =1, для крупносерийного — 1< К_{з. о.} ?10, для среднесерийного — 10< К_{з. о.} ?20, для мелкосерийного — 20< К_{з. о.} ?40, для единичного — К_{з. о.} >40.

При единичном производстве изготавливают изделия широкой номенклатуры в небольшом количестве, причем повторное их изготовление, как правило, не предусматривают.

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых периодически повторяющимися партиями, и относительно большим объемом выпуска.

Массовое производство определяется большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых продолжительное время, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна технологическая операция.

При укрупненном проектировании тип производства ориентировочно определяется по количеству обрабатываемых деталей и их массе (табл.2.1).

Таблица 2.1 — Характеристика типов производства

Исходя из массы изделия m=1,9 кг и годовой программы выпуска N =220 000 шт. принимаем массовое производство, которое определяется большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых продолжительное время, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна технологическая операция.

2.2 Выбор и обоснование типа заготовки

Метод выполнения заготовок для режущего инструмента определяется назначением и конструкцией инструмента, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления.

При выборе типа заготовки необходимо стремиться к тому, чтобы и формы и размеры максимально приближались к форме и размерам готового изделия. От этого зависит расход металла, количество операций, трудоемкость обработки, производительность труда, выбор оборудования и себестоимость изделия вцелом.

Всем вышеуказанным требованиям соответствует два типа заготовок — штамповка и поковка. Дальнейший расчет ведем по коэффициенту использования материала:

К=m_Д/m_З=V_ДЧс/V_ЗЧс, (2.2)

где m _{Д (З) —} масса детали (заготовки), кг;

V_{Д (З) —} объём детали (заготовки), м³;

с — плотность материала заготовки кг/ммі, с=7800кг/м³.

Для поковки:

Рисунок 2.1 — Заготовка-поковка

Массу заготовки определяют, используя следующую формулу:

m_З= (рЧД²ЧlЧс) /4, (2.3)

где Д — наружный диаметр заготовки, м;

l — длина заготовки, м;

m_З= (3,14Ч0,150²Ч0,030Ч7800) /4=4,1 кг;

К=1,9/4,1=0,46

Для штамповки:

Рисунок 2.2 — Заготовка-штамповка

m_З= (рЧД²Чl — рЧd²Чl) Чс/4, (2.4)

где d — внутренний диаметр заготовки, м;

m_З= (3,14Ч0,150²Ч0,030−3,14Ч0,040²Ч0,030) Ч7800/4=3,8 кг;

К=1,9/3,8=0,5

Коэффициент использования материала при заготовке-штамповке выше, таким образом, для изготовления дискового прямозубого долбяка принимаем заготовку-штамповку, что оправдано в условиях массового производства.

2.3 Проектирование маршрутного технологического процесса

При разработке технологического процесса изготовления дискового долбяка был использован базовый технологический процесс изготовления этого инструмента. Для обработки долбяка в проектируемом технологическом процессе было использовано более производительное оборудование и режущий инструмент, в частности режущие инструменты с напайными пластинами были заменены на сборные с механическим креплением твердосплавных пластин, блочно-модульные системы.

В базовый технологический процесс внесены следующие изменения:

1) Токарные станки заменены на токарные с ЧПУ;

2) Слесарные операции исключены из технологического процесса в связи с повышением культуры производства;

3) Горизонтально-фрезерные станки заменены зубофрезерными, что значительно повышает производительность работ за счёт использования червячных модульных фрез;

4) шлифовальные станки заменены на шлифовальные с ЧПУ.

Маршрутный технологический процесс изготовления дискового прямозубого долбяка представлен в таблице 2.2.

В базовом технологическом процессе были сделаны изменения:

токарная группа станков 163 заменена на станки с ЧПУ 16К20ФЗ,

внутришлифовальная группа 3К227А заменена на станки с ЧПУ 3М227БФ2Н. При этом увеличилась точность обработки, уменьшилось время

на переустановку инструмента, автоматизирована уборка стружки из зоны резания. Предусматривается применение инструмента с механическим креплением пластин, что ведет к увеличению производительности, т.к. сокращает удельный расход инструмента за счет многократного использования корпусов и державок и уменьшает время смены инструмента; обработка одновременно посадочного отверстия и торца на внутришлифовальном станке позволяет сократить количество операций и время обработки.

Замены на станки с числовым программным управлением значительно повышают точность обработки и дают более высокую производительность, чем станки общего назначения за счёт уменьшения вспомогательного времени.

Таблица 2.2. Маршрутный технологический процесс изготовления дискового прямозубого долбяка

2.4 Расчет припусков

Припуски определяем на две поверхности: наружный диаметр и посадочное отверстие.

а) Расчет припусков на обработку наружного диаметра 143,989±0,1 мм.

1. Заготовка — штамповка: R_z = 160; Т =200 мкм; = 4000 мкм; 17 кв.

2. Точение: R_z = 30; Т = 30 мкм; = 1000 мкм; 14 кв.

3. Шлифование: R_z = 10; Т = 20 мкм; = 250 мкм; 11 кв.

(2.5)

где с_кор=?_к•D (2.6)

с_см=?_к•l (2.7)

— кривизна в мкм на 1 мм длины заготовки, Остаточное пространственное отклонение для токарной обработки:

точение:

; (2.8)

шлифование:

; (2.9)

Значение припусков:

; (2.10)

Минимальный предельный размер:

d₂= d_окон+2Z_min2; (2.11)

d₁= d₂+2Z_min1; (2.12)

Максимальный диаметр:

d_{max i}= d_{min i}+д; (2.13)

Предельные значения припусков:

; (2.14)

; (2.15)

Проверка:

; (2.16)

Все расчеты сведены в таблицу 2.3 Принимаем диаметр 150 мм.

б) Расчет припусков на размер 44,443^+0,008 мм.

1. Заготовка — штамповка: R_z = 160; Т = 200 мкм; = 2500 мкм; 17 кв.

2. Точение: R_z = 30; Т = 30 мкм; = 620 мкм; 14 кв.

3. Шлифование (предварительное): R_z = 10; Т = 20 мкм; = 160 мкм; 11 кв.

4. Шлифование (окончательное): R_z = 5; Т = 15 мкм; = 62 мкм; 9 кв.

(2.17)

Где с_кор=?_к•d (2.18)

с_см=?_к•l (2.19)

— кривизна в мкм на 1 мм длины заготовки, Остаточное пространственное отклонение:

точение:

; (2.20)

шлифование (предварительное):

; (2.21)

шлифование (окончательное):

; (2.22),

Значение припусков:

; (2.23)

Минимальный предельный размер:

d₃= d_окон+2Z_min2; (2.24)

d₂= d₃+2Z_min1; (2.25)

d₁= d₂+2Z_min2; (2.26)

Минимальный диаметр:

d_{min i}= d_{max i}-д; (2.27)

Предельные значения припусков:

; (2.28)

; (2.29)

Проверка:

; (2.30)

Все расчеты сведены в таблицу 2.4.

Принимаем диаметр 40 мм.

На длину назначаем припуск табличным методом:

подрезание торцов: по 1,2 мм на сторону, т. е.2Z_min=2,4 мм;

шлифование торцов: по 0,3 мм на сторону, т. е.2Z_min=0,6 мм.

Следовательно, 2Z_min=3мм, тогда L_заг=29мм.

Принимаем длину заготовки L_заг=30мм.

Таблица 2.3 - Расчет припусков и придельных размеров на обработку поверхности 139,452±0,1 мм

Таблица 2.4 - Расчет припусков и придельных размеров на размер 44,443^+0,008 мм

2.5 Расчет режимов резания

Растачивание:

Инструмент: резец расточной Т5К10.

Определяем глубину резания: t=1 мм

Назначаем подачу S=0,5 мм/об.

Определяем скорость резания:

(2.31)

где Т — среднее значение стойкости, Т=60мин (3, стр.268);

C_v=350, x=0,15, y=0,35, m=0,2 — значения составляющих коэффициентов скорости резания (3, стр. 269, табл.17).

(2.32)

; (2.33)

[3, стр.262]

Определяем частоту вращения:

; (2.34)

Принимаем по паспорту станка:

Действительная скорость резания:

; (2.35)

Определяем силу резания:

(2.36)

C_p=204, x_p=1, y_p=0,75, — значения составляющих коэффициентов скорости резания (3, стр. 273, табл.22);

K_p=K_mpK_цpK_гpK_лpK_rp; (2.37)

K_mp=; (2.38)

K_mp=;

K_цp=0,89;

K_гp=1,0;

K_лp=1,0; [3, стр. 275, табл.23]

K_rp=1,0

K_p=1Ч0,89Ч1Ч1Ч1=0,89.

Определяем мощность:

; (2.39)

Определяем основное время:

; (2.40)

L=l_д+l_вр+l_пер; (2.41)

L=l_д+l_вр+l_пер=30+1,5+1,5=33мм.

l_вр=tЧctg90⁰+1,5; (2.42)

l_вр=tЧctg90⁰+1,5=1,5Ч0+1,5=1,5 мм.

Шлифование (предварительное):

Выбираем шлифовальный круг ПП 32×40×10 24А 15 СМ1 К8, ГОСТ 2424–83;

Глубина шлифования t=0,005 мм;

S_пр=0,5Ч40=20мм;

Определяем скорость резания:

Скорость круга Скорость заготовки

Определяем частоту вращения абразивного инструмента:

; (2.43)

Принимаем

; (2.44)

Определяем частоту вращения заготовки:

(2.45)

Принимаем

; (2.46)

Определяем мощность резания:

(2.47)

где d — диаметр шлифования;

S — продольная подача;

Определяем основное время:

; (2.48)

где L=26 — длина шлифуемой детали, мм

h=0,38 — припуск на сторону, мм

К — коэффициент точности, учитывающий время «выхаживания», т. е. шлифование без поперечной подачи. При предварительном шлифовании К=1,2

2.6 Определение трудоемкости изготовления изделия

Расчет штучного времени на операции:

Токарная с ЧПУ:

; (2.49)

где — штучное время на операцию, мин;

— основное время на операцию, мин;

— вспомогательное время на операцию, мин;

x = 10% - суммарное число процентов всех видов затрат на обслуживание и отдых;

Основное время:

Вспомогательное время:

; (2.50)

где — время на установку-снятие детали, мин ;

— время на приемы управления станком, мин ;

— время на измерение детали, мин .

Внутришлифовальная с ЧПУ:

; (2.51)

Основное время

Вспомогательное время:

; (2.52)

Таблица 2.5 — Сводная таблица расчета трудоёмкости изготовления изделий

2.7 Проектирование операционного технологического процесса

При проектировании технологического процесса были использованы более современные станки и станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Были использованы более технологичные конструкции режущего инструмента, что позволило применить более прогрессивные режимы резания, более усовершенствованные установочные и контрольные приспособления. За счет всего выше перечисленного мы уменьшаем трудоемкость производства заданной детали.

Спроектированный технологический процесс имеет следующие преимущества:

1. Меньшее штучное время на обработку детали, что уменьшает трудоемкость производства.

2. Повышение производительности труда.

3. Уменьшение материальных затрат на производство.

При усовершенствовании технологии по обработке долбяка были произведены в базовом технологическом процессе следующие изменения:

— все токарные станки заменены на станки с ЧПУ. Данное изменение приводит к сокращению маршрута обработки детали, так как позволяет улучшить качество обработки, а следовательно дает возможность отказаться от слесарных операций. Еще применение станков с ЧПУ сокращает штучное время, что в свою очередь ведет к уменьшению постоянных затрат (и переменных тоже), которые ложатся на себестоимость продукции;

— для растачивания отверстий 44 мм, 80 мм, выточки 2 мм, точения 144 мм применяем токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3. Это позволяет обработать эти поверхности с одного установа;

— для точения 144 с получением угла 10⁰ применяем токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3;

— для получения угла 6⁰ применяем токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3;

— для обработки зубьев долбяка применяем зубофрезерный станок с ЧПУ 5В370ПФ2, который за счёт применения червячных модульных фрез даёт максимальную производительность;

— на внутришлифовальной операции применение внутришлифовального станка с ЧПУ 3М227ВФ2Н позволяет обработать одновременно посадочное отверстие и торец;

— применение зубошлифовального станка с ЧПУ также сокращает время обработки долбяка;

— в базовом технологическом процессе применяются напайные резцы, а в разработанном, они заменены на сборные резцы с механическим креплением пластин из твердого сплава, что тоже приводит к сокращению штучного времени;

Операционный технологический процесс приведен в приложении А.

2.8 Выбор средств и методов контроля изделия

В серийном и массовом производстве для снижения времени на измерения непосредственно в процессе обработки, т. е. не снимая заготовку со станка, используют калибры и специальные шаблоны.

Достоинством калибров являются:

? простота конструкции, относительная лёгкость изготовления, а, следовательно, и невысокая стоимость;

? контроль производится в условиях, приближённых к условиям сборки, что обеспечивает с высокой вероятностью собираемость деталей и обеспечение взаимозаменяемости;

? благодаря простоте применения они доступны операторам невысокой квалификации;

? высокая износостойкость.

Недостатками калибров является:

? отсутствие числовых данных о размере объекта;

? неизвестна погрешность контроля, так как она обуславливается не только размерами калибра, но и размерами детали, состоянием её поверхности, неопределённым измерительным усилием, температурными деформациями и т. д.

? не выявляется практически погрешность геометрической формы при существующих конструкциях калибров, что приводит к быстрому износу контролируемых объектов в работе.

Контроль изделия согласно данному технологическому процессу осуществляется пооперационно. В качестве измерительных и контрольных инструментов при изготовлении долбяка используем: шаблоны специальные, калибры-скобы, калибры-пробки.

Шероховатость поверхности контролируем путём сравнения обработанных поверхностей с образцами шероховатости.

3. Конструкторская часть

3.1 Расчет и проектирование установочного приспособления

Для обработки деталей типа тел вращения в качестве установочных приспособлений на токарных станках используются трехкулачковые патроны. Эти патроны обладают достаточной силой зажима заготовки. Но на закрепление заготовки в ручном патроне затрачивается большое время. Для автоматизации процесса закрепления-раскрепления, а, следовательно, и повышения быстродействия было решено установить на станок трехкулачковый патрон с пневмоприводом.

Пневматический патрон (рис. 3.1) предназначен для быстрого закрепления и раскрепления деталей на токарном станке. Патрон состоит из сборного поршня 1, корпуса пневмоцилиндра 4, к которому крепятся крышки 5 и 6 винтами 16. Герметичность пневмоцилиндра достигается за счёт прокладки 12 и манжет 19, 20, 21. Корпус цилиндра одевается на шлицевую втулку 10. На крышку цилиндра, за счёт замка 2, крепится корпус 3, который базируется на шлицевой втулке 10 по конической поверхности. В корпусе 3 расположены ползуны 8, которые передвигаются по направляющим. К ползунам, посредством болтов 14, 15, крепятся кулачки 7. К поршню, за счёт гайки 17, крепится тяга 11, которая запирает замок. Для точного позиционирования тяги в осевом направлении предусмотрена проточка. В неё вставляется штифт 25.

При подаче воздуха из камеры в пневмоцилиндр, поршень 1 передвигается вправо и за счёт клинового механизма передвигает вниз ползуны 8, к которым крепятся кулачки 7 и происходит закрепление заготовки.

Раскрепление заготовки происходит следующим образом: в пневмоцилиндр подаётся воздух, поршень 1 передвигается влево.

Благодаря зазору в ползуне и подпружиненной гильзе 13, ползуны 8 передвигаются вверх.

Рисунок 3.1 — Патрон трёхкулачковый пневматический

Изобразим схему зажима заготовки в патроне. Расставим силы, действующие на заготовку при точении поверхности (рис. 3.2).

Рисунок 3.2 — Схема сил, действующих на заготовку

Рисунок 3.3 — Расчетная схема закрепления

Сила резания Pz, определенная при расчете режима резания Pz=1619 Н.

Момент силы Pz на диаметре 44 мм составит:

Мр= Pz•d/2; (3.1)

Мр=1619•0,44/2=356 Н•м

Величину силы зажима определим:

; (3.2)

где f1 и f2 — коэффициенты трения, соответственно по периметру и образующей базовой поверхности заготовки;

К — коэффициент запаса.

Для того, чтобы выразить силы трения через составляющие силы резания, запишем 2 уравнения статики:

(3.3)

УP_ox=0; F₂-P_x=0, откуда F₁=P_zd/d₁; F₂=P_x

d — диаметр обрабатываемой поверхности,

d₁ — диаметр базовой поверхности.

Подставим значения сил трения в уравнение силы зажима и получим:

; (3.4)

K=K₀ K₁ K₂ K₃ K₄ K₅ K₆; (3.5)

где К₀=1,5 — гарантированный запас,

К₁ =1,2 — учитывает вид выполняемой операции,

К₂ =1…1,8 — учитывает вид обработки и изменение сил, связанных с затуплением инструмента.

К₃ =К₄ =К₅=1,0 — учитывает вид привода и характер закрепления заготовки (механизированный привод).

К₆=1,0 — учитывает характер контакта установочных элементов с базовой поверхностью заготовки.

Силу W на штоке механизированного привода определяют в зависимости от требуемой силы зажима обрабатываемой детали, т. е.

; (3.6)

где — угол клина, =17;

k — коэффициент запаса, k=1,5.

Тогда с учётом пружины:

; (3.7)

где F_пр — рабочее усилие пружины, F_пр=40 Н.

Диаметр гидропривода равен:

; (3.8)

где — диаметр цилиндра, мм;

d — наружный диаметр втулки, d=120 мм;

p — давление воздуха, р=0,4 МПа; з — КПД, з=0,9

; (3.9)

Т.к. заготовка Ш150 мм, то из конструктивных соображений принимаем диаметр цилиндра D=300 мм.

3.2 Расчет и проектирование контрольного приспособления

Сконструированное контрольное приспособление предназначено для контроля радиального биения по вершинам и впадинам зубьев долбяка (рис. 3.4).

В плите 7 установлена направляющая типа ласточкин хвост 12, в которой установлен штатив 8. К штативу винтом 11 крепится штанга 6, несущая индикатор часового типа 3. Контролируемый долбяк 9 располагается на поворотном столе 5, вращение которого осуществляется при помощи подшипников 16 и 17.

При контроле радиального биения при помощи рукоятки 13 поднимается фиксатор 14, затем вручную долбяк поворачивается таким образом, чтобы зуб попал во впадину фиксатора. В исходное положение фиксатор возвращается при помощи подпружиненного штифта 19. Далее индикатор устанавливается на контролируемую поверхность (вершину или впадину зуба) и производится измерение радиального биения; индикатор предварительно обнуляется. Так же есть возможность замены фиксатора на фиксатор, который фиксирует положение долбяка по впадинам зубьев.

Контрольное приспособление находится в строгом соответствии по своей конструкции и принятому методу измерения с установленным технологическим процессом, обеспечивает требуемую точность контроля. Конструкция приспособления обеспечивает удобство и простоту эксплуатации. Его применение экономически обоснованно.

Основные параметры индикатора часового типа ИЧ-10 ГОСТ 577–68: цена деления — 0,01 мм, класс точности — 0, Р_п=1,5 Н.

Основным расчетом приспособления является расчет на точность.

Общая погрешность приспособления не должна превышать допуск на измеряемый размер:

?общ? Т_р; (3.10)

Общая погрешность измерения:

?общ =; (3.11)

где ?1 = ЅТ₁ — погрешность установки стола;

?2 = Ѕ0,01 — погрешность цены деления индикатора;

?1 = 0,030· Ѕ = 0,015 мм;

?2 = 0,010· Ѕ = 0,005 мм;

?общ = = 0,016 мм.

Допуск на контролируемый размер 143,989 мм: Т_р = 0,2 мм.

?общ < Т_р, условие выполнено; 0,016 < 0,2.

Следовательно, контрольное приспособление соответствует предъявляемым требованиям.

Рисунок 3.4 — Специальное приспособление для измерения радиального биения

3.3 Расчет и проектирование специального режущего инструмента

В качестве специального режущего инструмента выбираем фрезу червячную модульную для фрезерования зубьев долбяка.

Исходные данные:

1. Фрезеруемая заготовка: материал — Р6М5; твердость на операции фрезерования НB 220; состояние — до Т/О.

2. Станок: зубофрезерный 5В370ПФ2.

3. Производство: массовое.

Расчёт фрезы:

Определение размеров фрезы по нормали.

1. Расчётный профильный угол исходной рейки в нормальном сечении:

б_и= б_д=20⁰

2. Модуль:

m_и=m=6 мм