Разработка технологического процесса изготовления «Вала»

Машиностроение является одной из важнейших отраслей в промышленном комплексе нашей страны. Для народного хозяйства необходимо увеличение выпуска продукции машиностроения и повышение её качества. Технический прогресс в машиностроении характеризуется не только улучшением конструкции машин, но и непрерывном совершенствованием технологии их производства. Важно качественно, экономично и в заданные сроки с минимальными затратами живого и овеществлённого труда изготовить любую машину или деталь.

Развитие новых прогрессивных технологических процессов обработки способствует конструированию более современных машин и механизмов, и снижению их себестоимости. Актуальна задача повышения качества машин и, в первую очередь, их точности. В машиностроении точность имеет особо важное значение для повышения эксплуатационного качества машин. Обеспечение заданной точности при наименьших затратах — основная задача при разработке технологических процессов.

Основные задачи в области машиностроения и перспективы её развития:

приближение формы заготовки к форме готового изделия за счёт применения методов пластической деформации, порошковой металлургии, специального профильного проката и других прогрессивных видов заготовок;

автоматизация технологических процессов за счет применения автоматических загрузочных устройств, манипуляторов, промышленных роботов, автоматических линий, станков с ЧПУ;

концентрация переходов и операций, применение специальных и специализированных станков;

применение групповой технологии и высокоэффективной оснастки;

использование эффективных смазочно-охлаждающих жидкостей с подводом их в зону резания;

разработка и внедрение высокопроизводительных конструкций режущего инструмента из твёрдых сплавов, минералокерамики, синтетических сверхтвёрдых материалов, быстрорежущих сталей повышенной и высокой производительности;

широкое использование электрофизических и электрохимических методов обработки, нанесение износоустойчивых покрытий.

В курсовом проекте согласно заданию предусматривается разработка технологического процесса изготовления «Вала», который является одной из важнейших деталей механизма для передачи вращения при заданном передаточном отношении.

1. Общетехническая часть

1.1 Служебное назначение изделия. Анализ конструкции и технических требований

Вал относится к классу валов. Вал предназначен для передачи вращения при заданном передаточном отношении.

На поверхности 3 имеется шпоночная канавка под призматическую шпонку для крепления сопрягаемой детали. В торце 1 имеется резьбовое отверстие М8−7Н для крепления детали предотвращающее осевое смещения детали с поверхности 3. На поверхности 15 расположены прямобочные шлицы, предназначенные для крепления сопрягаемой детали. Канавки 5, 9, 14 — являются технологическими и служат для выхода режущего инструмента. Канавка 17 предназначена для установки стопорного кольца.

Таблица 1.1 Технические требования

1.2 Анализ технологичности детали

Вал относится к деталям типа «вал».

Вал изготовлена из стали 45 (ГОСТ 1050−88), которая сравнительно хорошо обрабатывается резанием.

С точки зрения рационального выбора заготовки вал-шестерня относится к достаточно технологичным деталям. В качестве заготовки можно использовать прокат как наиболее дешёвый вид заготовки.

Геометрическая форма детали состоит из поверхностей, которые образованны вращением образующих относительно оси и торцов.

Поверхности открыты для подвода и перемещения режущего инструмента. Конфигурация детали не позволяет выполнить её полную обработку за один установ. Поэтому маршрут обработки будет складываться из ряда последовательных операций и переходов.

Конфигурация детали обеспечивает нормальный вход и выход инструмента.

Конструкция вала позволяет использовать типовые этапы обработки для большинства поверхностей.

Показатели точности и шероховатости находятся в экономических пределах: 6 квалитет точности и шероховатость Rа 0,63 мкм.

Возможна реализация принципа постоянства баз на основных операциях. Выбранные базы обеспечивают простое, удобное и надежное закрепление. Это позволяет применять сравнительно простые и дешевые приспособления.

Деталь обрабатывается в центрах и имеет достаточную жесткость, т.к. l/d < 10 (294/42 < 10).

Конструкция детали обеспечивает безударную обработку.

На основных операциях возможность применения стандартного режущего и мерительного инструментов и оснастки (резец проходной, резец контурный, резец канавочный, фреза червячная, фреза шпоночная, сверло центровочное, фреза торцевая, центра, линейка, штангенциркуль).

Конструктивные элементы не вызывают деформацию инструмента на входе и выходе.

В результате вышеизложенного деталь технологична.

1.3 Материал, его состав и его свойства. Режимы термообработки

Вал изготовлен из стали 45 ГОСТ 1050–88. Сталь 45 относится к группе углеродистых качественных конструкционных сталей. Это улучшаемая сталь с нормальным содержанием марганца. [1.17]

Таблица 1.2 Химический состав стали

Таблица 1.3 Физико-механические свойства стали

Таблица 1.4 Виды и режимы термообработки

1.4 Определение массы изделия

Масса изделия определяется расчетным путем и корректируется по чертежу. Для этого конструкцию детали разбивают на простые геометрические фигуры и определяют их объём по формуле: [1.24]

для цилиндра:

. (1.1)

Затем путём алгебраического сложения определяется общий объём. Масса детали вычисляется по формуле:

. (1.2)

Определяем объём детали:

см³.

см³.

см³.

см³.

Определяем общий объём изделия.

(1.3)

(1.4)

Определяем массу детали:

кг.

Рис. 1.2 Объем детали

1.5 Определение типа производства и партии запуска

Для предварительного определения типа производства используем заданный объём выпуска изделия и его массу.

По заданию годовой объём выпуска изделия составляет N=8000 шт. масса детали, определяем расчётным путём, равна

Используя эти данные, определяем тип производства — среднесерийный .

Среднесерийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых периодически повторяющимися партиями.

Характерный признак среднесерийного производства — расчленение технологического процесса на отдельные самостоятельные операции, которые закреплены за определённым рабочим местом.

При среднесерийном производстве необходима переналадка технологического оборудования при переходе на изготовление деталей другой партии.

Для выполнения различных операций используются универсальные металлорежущие станки, оснащённые специальными, универсальными или универсально-сборочными приспособлениями. Находят применение специализированные, специально-автоматизированные станки. Широко используются станки с числовым программным управлением.

Целесообразно применять специальный режущий инструмент, а также специальный измерительный инструмент.

В среднесерийном производстве оборудование устанавливается или по ходу технологического процесса или по группам оборудования.

Квалификация рабочих в среднесерийном производстве ниже, чем в единичном.

Количество деталей в партии запуска определяем по формуле:

(1.5)

где N — годовой объём выпуска заданного изделия, шт.;

а — число дней, на которое необходимо иметь запас деталей (периодичность запуска — выпуска, соответствующая потребности сборки);

F — число рабочих дней в году.

а=1, 2, 5, 10 или 20 дней.

F=256 день.

Принимаем n=157 шт.

2. Технологическая часть

2.1 Выбор метода получения заготовки и его технико-экономическое обоснование

Для изделия можно применять заготовку, полученную из проката или методом горячей объёмной штамповки.

Вариант 1. Заготовка из проката.

Согласно точности и шероховатости обрабатываемой поверхности, определяем промежуточные припуски. За основу расчёта промежуточных припусков принимаем наибольший наружный диаметр Ш 40 h12. Назначаем последовательность обработки данной поверхности, выбираем табличный припуск для однократного точения h 12 — 1,4 мм.

Определяем расчетный диаметр заготовки:

мм. (2.1)

Стандартный прокат имеет Ш 42 мм.

Размер заготовки с отклонением Ш .

Определяем длину заготовки по формуле:

(2.2)

вал термообработка заготовка производство где L_Д — номинальная длина детали по рабочему чертежу, мм;

Z_под =2,0 мм — припуск на подрезание торцов.

мм.

Определяем объём заготовки по формуле с учетом максимальных размеров:

см³, (2.3)

где D_З — диаметр заготовки по плюсовым допускам, см.

Определяем массу заготовки по формуле:

(2.4)

кг.

Определяем расход материала на одну деталь с учётом неизбежных технологических потерь на отрезку заготовок. Ширина реза при отрезке:

Число заготовок, исходя из принятой длины проката по стандартам, определяется по формуле:

Из проката длиной 4 м:

(2.5)

Получаем 13 заготовки из данной длины проката Из проката длиной 7 м:

Получаем 23 заготовок из данной длины проката Остаток дины определяется в зависимости от принятой длины проката:

из проката длиной 4 м:

(2.6)

(2.7)

из проката длиной 7 м:

Из расчётов на не кратность следует, что прокат длиною 7 м для изготовления заготовок более экономичен, чем прокат длиною 4 м. Потери на зажим при отрезке по отношению к длине проката составят:

(2.8)

Потери материала на длину торцевого обрезка проката в процентном соотношении к длине проката составят:

(2.9)

Общие потери (%) к длине выбранного проката:

(2.10)

Расход материала на одну деталь с учётом всех технологических неизбежных потерь определяем по формуле:

(2.11)

Определяем коэффициент использования материала:

. (2.12)

Определяем стоимость заготовки из проката:

(2.13)

где С_М = 16 руб./кг — цена одного килограмма материала;

С_ОТХ = 2758 руб./т — цена 1 тонны отходов.

Вариант 2. Заготовка, изготовленная методом горячей объёмной штамповки на ГКМ.

Пользуясь таблицей 20. ГОСТ 7505–89 принимаем:

Степень сложности — С 1;

Группа стали — М 2;

Точность изготовления — Т 4;

Исходный индекс -14.

Рис. 1.3

С учётом табличных припусков определяем расчетные размеры заготовки:

(2.14)

мм, мм,

мм,

мм,

мм,

мм,

мм, мм.

Таблица 2.1 Припуски на размеры заготовки

Определяем объем отдельных элементов заготовки по предельным размерам:

; (2.15)

см³;

см³;

см³;

см³;

Определяем массу заготовки:

(2.16)

кг.

Определяем технологические потери на угар и облой:

(2.17)

кг.

Определяем коэффициент использования материала:

(2.18)

(2.19)

Определяем стоимость штампованной заготовки по формуле:

где С_м = 27 руб./кг — стоимость 1 кг штамповки;

С_ОТХ = 2758 руб./т — стоимость 1 тонны отходов.

Технико-экономические расчёты показывают, что заготовка, полученная методом горячей объёмной штамповки на ГКМ, более экономична по использованию материала, чем заготовка из проката, однако по себестоимости штампованная заготовка дороже, поэтому принимаем заготовку из горячекатаного круглого проката обычной точности.

2.2 Назначение технологических схем обработки поверхностей изделия

Таблица 2.2 Технологические схемы обработки поверхности

2.3 Проектирование технологического процесса изготовления детали

2.3.1 Разработка маршрута обработки детали

Основные поверхности вращения обрабатываются начерно и начисто за токарную операцию с ЧПУ.

После термической операции (закалки) выполняются четыре круглошлифовальные операции, на которых достигается требуемая точность и шероховатость поверхностей. Контроль детали выполняется во время выполнения операций резанием и на окончательном этапе технологического процесса на отдельной операции контроля.

Маршрут обработки будет следующим:

000 Заготовительная.

005 Фрезерно-центровальная.

010 Токарная с ЧПУ.

015 Шлицефрезерная.

020 Шпоночно-фрезерная.

025 Сверлильная.

030 Термическая.

035 Круглошлифовальная.

040 Круглошлифовальная.

045 Круглошлифовальная.

050 Круглошлифовальная.

055 Контрольная.

2.3.2 Выбор оборудования

Оборудование выбираем исходя из вида обработки, размеров заготовки и детали, схем базирования, максимально используя технологические характеристики станка. Для выполнения токарной обработки применяем оборудование с ЧПУ. На остальных операциях, ввиду простых конфигураций обрабатываемых поверхностей, используем универсальные станки.

Модели станков и их основные технологические характеристики приведены ниже в таблицах.

Таблица 2.3. Характеристика оборудования

Таблица 2.4

Таблица 2.5

Таблица 2.6

Таблица 2.7

Таблица 2.8

2.3.3 Выбор технологических баз

При разработке технологических операций особое внимание уделяем выбору баз, так как от их правильного выбора зависит точность обработки и выполнение технических требований чертежа.

Одним из наиболее сложных и принципиальных разделов проектирования технологического процесса механической обработки является назначение технологических баз. От правильного решения данного вопроса в значительной степени зависят:

— фактическая точность выполнения размеров, заданных конструктором;

— правильность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей;

— степень сложности и конструкция необходимых приспособлений, режущих и измерительных инструментов.

Принцип постоянства баз заключается в том, что при разработке технологического процесса необходимо стремиться к использованию одной и той же технологической базы, не допуская без особой необходимости смены баз, не считая смены черновой базы.

Принцип совмещения баз предусматривает, чтобы в качестве технологической базы по возможности использовать поверхность, являющуюся измерительной базой или конструкторской.

В нашем случае, основной конструкторской базой являются цилиндрические поверхности 7 и 15. Основной измерительной базой ось центров. На первой операции, используя черновую базу наружную поверхность заготовки обрабатываем центровые отверстия.

На всех последующих операциях базой будут центровые отверстия и наружные цилиндрические поверхности 7 и 15.

Таким образом, основные принципы базирования выполнены.

Выбранные базы указываем условно по ГОСТ 3.1107−81 на эскизах обработки.

2.3.4 Выбор технологической оснастки, режущего инструмента и контрольно-измерительных средств

При выборе приспособлений учитываем тип производства и формулу зажимаемой поверхности, вид обработки и требуемую точность. Для среднесерийного производства выбираем технологическую оснастку, обеспечивающую повышение производительности по сравнению с базовым вариантом.

Выбор вспомогательного инструмента зависит от типа станка и конструкции режущего инструмента; выбор производим по справочникам и соответствующим ГОСТам. Конструкция и размеры режущего инструмента предопределяются видом обработки, размерами обрабатываемой поверхности, свойствами материала заготовки, требуемой точности и шероховатости обработки.

При обработке заготовки из легированной стали используем инструмент с пластинами из твёрдого сплава Т15К6 и Т5К10 — резцы, фрезы червячные, фрезы шпоночные:

Инструмент из быстрорежущей стали Р6М5 — свёрла центровочные.

При выборе контрольно-измерительных средств учитываем точность измеряемой поверхности, её формы и размеры: используем в основном, стандартные измерительные инструменты и стандартные контрольные приспособления для проверки биения.

2.4 Расчёт припусков и межоперационных размеров

2.4.1 Расчёт аналитическим методом

Расчёт выполняем для поверхности 7 и 15: ш30 h6 ().

Исходные данные:

заготовка — прокат;

материал — Сталь 45.

Последовательность обработки поверхности следующая:

— точение черновое h 12;

— точение чистовое h 10;

— шлифование предварительное h 8;

— шлифование окончательное h 6.

По таблицам определяем элементы минимального припуска по каждому переходу Rz, H, с_, и записываем их в графы 2, 3,4, таблицы 2.9. Величина пространственных отклонений при обработке в центрах определяется по формуле:

= (2.4.1)

при, при Ш30, мкм=0,1325 мм. Принимаем где с_ц = 0,25 мм; [2. с. 69]

Пространственные отклонения при черновом точении:

(2.4.2)

где К_у = 0,06 — после чернового точения;

К_у = 0,04 — после чистового точения;

К_у = 0,02 — после шлифования.

с₁ -после точения чернового;

с₂ -после точения чистового;

с₃ -после шлифования.

Погрешность установки заготовки е_у = 0, т.к. обработка ведётся в центрах.

Рассчитываем величину минимального припуска по формуле: [2. с. 65]

(2.4.3)

и заносим эти данные в графу 6.

Рассчитываем минимальные размеры по формуле и заносим результаты в графу 7:

. (2.4.4)

.

Определяем максимальные размеры и заносим в графу 9:

. (2.4.5)

Определяем фактические минимальные припуски по формуле и результаты заносим в графу 10:

. (2.4.6)

Определяем фактические максимальные припуски по формуле и результаты заносим в графу 11:

. (2.4.7)

Определяем величину номинального диаметра заготовки по формуле:

. (2.4.8)

Определяем общий номинальный припуск по формуле:

(2.4.9)

Таблица 2.9 Сводная таблица данных

2.4.2 Табличный метод

Определяем межоперационные размеры по формуле: [1. с. 39]

(2.4.10)

Значения припусков и операционных размеров приведены в таблице Таблица 2.10 Припуски и операционные размеры

2.5 Расчет режимов резания и основного времени

Операция 005 Фрезерно-центровальная Исходные данные:

Станок МР71-М, приспособление — для фрезерования.

Материал режущей части фрезы Т15К6.

Глубина резания максимальная: t_max= 2,2 мм.

1. Переходы:

1).Закрепить, установить. Снять деталь;

2).Фрезеровать два торца одновременно;

3).Сверлить два центровочных отверстия одновременно.

Переход 2. Фрезерование торцов 1, 19.

Расчет режимов резания:

1) Выбор подачи: [6. с. 69,72,73]

S _Zm = 0,1 мм/зуб.

2) Скорость резания:

V_таб =266 м/мин;

м/мин.

3) Частота вращения шпинделя:

об/мин.

Корректируем по паспортным данным станка. Принимаем n = 700 об/мин.

4) Мощность, необходимая для резания:

кВт.

5) Минутная подача:

мм/мин Корректируем минутную подачу по паспорту станка. Принимаем =530 мм/мин.

6) Находим фактическую скорость резания:

Уточняем подачу на зуб:

7) Расчётная длина фрезерования:

42 мм;

7,5 мм мм

8) Расчет основного времени на фрезерование:

мин.

Переход 3. Сверление центровых отверстий.

Исходные данные:

а) Глубина резания t = 2 мм.

б) Число ходов

в) Группа подачи -3.

Расчет режимов резания:

1) Выбор подачи:

Так как тогда: [6. с. 107]

S_т = S_Ф = 0,05 мм/об.

2) Скорость резания:

V _таб = 32 м/мин; [6. с. 111]

м/мин.

3) Частота вращения шпинделя:

об/мин.

Корректируем частоту вращения по паспорту станка. Принимаем n = 1125 об/мин.

4) Мощность, необходимая для резания:

N_таб = 0,6 кВт.

5) Минутная подача:

мм/мин.

6) Находим фактическую скорость резания:

;

.

7) Определяем длину рабочего хода:

принимаем

8) Расчет основного времени:

мин.

9) Расчёт времени на фрезерно-центровальную операцию:

Операция 010 Токарная с ЧПУ.

Исходные данные:

Модель станка — 16К20Ф3С39;

Материал режущей части резца Т15К6;

Переходы:

1. Установить, снять заготовку;

2. Точить цилиндрические поверхности начерно;

3. Точить цилиндрические поверхности начерно;

4. Точить цилиндрические поверхности начисто;

5. Точить канавки;

6. Точить цилиндрические поверхности начисто;

7. Точить канавки;

Переход 2.

Й. Точение черновое

1) Находим табличное значение подачи: [7. с. 48]

Sот = 0,61 мм/об t = 1,0 мм

2) Находим фактическую подачу с учетом поправочных коэффициентов

Sф = 0,61 1,01,0 1,0 1,0 0,8 0,9 1,0 1,0 1,0 = 0,44 мм/об

3) Находим табличную скорость и мощность резания

Vт = 153 м/мин

Nт = 10,0 кВт

.

4) Определяем частоту вращения шпинделя по формуле:

Принимаем n_max = 881 об/мин; n_min = 629 об/мин.

n_{ср =} об/мин.

5) Находим фактическую скорость резания:

6) Определяем фактическую мощность резания:

Kn = 1,0

7) Находим минутную подачу:

_ср

S_м max = 0,61 755 = 460 мм/мин.

Расчет основного времени:

мин.

мин.

мин.

Переход 3.

Й. Точение черновое

1) Находим табличное значение подачи: [7. с. 48]

Sот = 0,61 мм/об t = 1,0 мм

2) Находим фактическую подачу с учетом поправочных коэффициентов

Sф = 0,61 1,01,0 1,0 1,0 0,8 0,9 1,0 1,0 1,0 = 0,44 мм/об

3) Находим табличную скорость и мощность резания

Vт = 153 м/мин Nт = 10,0 кВт

.

4) Определяем частоту вращения шпинделя по формуле:

Принимаем n_max = 1057 об/мин; n_min = 629 об/мин.

n_{ср =} об/мин.

5) Находим фактическую скорость резания:

6) Определяем фактическую мощность резания:

Kn = 1,0

7) Находим минутную подачу:

_ср

S_м max = 0,61 843 = 514 мм/мин.

Расчет основного времени:

мин.

мин.

мин.

Переход 4.

Й. Точение чистовое.

1) Находим табличное значение подачи: Sт = 0,17 мм/об; t = 0,14 мм.

2) Находим фактическую подачу с учетом поправочных коэффициентов

Sф = 0,17 1,01,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 = 0,17 мм/об

3) Находим табличную скорость резания:

Vт = 350 м/мин

4) Определяем частоту вращения шпинделя по формуле:

Принимаем n = 1150 об/мин;

5) Находим минутную подачу

S_м max = 0,17 1150 = 302 мм/мин.

Расчет основного времени:

мин.

мин.

мин.

Переход 5.

Й. Точение канавок.

1) Находим табличное значение подачи

Sт = 0,33 мм/об

2) Находим табличную скорость и мощность резания [7. с. 58]

Vт = 203 м/мин

Nт = 7,5 кВт

.

4) Определяем частоту вращения шпинделя по формуле:

5) Находим фактическую скорость резания

6) Определяем фактическую мощность резания:

Kn = 1,0

7) Находим минутную подачу:

_ср

S_м max = 0,33 1263 = 416 мм/мин.

Расчет основного времени:

мин.

мин.

мин.

мин.

Переход 6.

Й. Точение чистовое.

1) Находим табличное значение подачи: Sт = 0,17 мм/об;

2) Находим фактическую подачу с учетом поправочных коэффициентов

Sф = 0,17 1,01,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 = 0,17 мм/об

3) Находим табличную скорость резания:

Vт = 350 м/мин

4) Определяем частоту вращения шпинделя по формуле:

Принимаем n = 1400 об/мин;

5) Находим минутную подачу

S_м max = 0,17 1400 = 357 мм/мин.

Расчет основного времени:

мин.

мин.

мин.

Переход 7.

Й. Точение канавок.

1) Находим табличное значение подачи

Sт = 0,33 мм/об

2) Находим табличную скорость и мощность резания [7. с. 58]

Vт = 203 м/мин

Nт = 7,5 кВт

.

4) Определяем частоту вращения шпинделя по формуле:

5) Находим фактическую скорость резания

6) Определяем фактическую мощность резания:

Kn = 1,0

7) Находим минутную подачу:

_ср

S_м max = 0,33 1520 = 502 мм/мин.

Расчет основного времени:

мин.

мин.

мин.

мин.

+++++

0,886+0,896+0,58+0,431+0,59+0,359=3,742 мин Операция 015 Шлицефрезерная.

Расчет выполняем по нормативам Шлицы;

Фреза червячная Ш70;

Длина рабочего хода:

Подача на оборот детали карта 3−2

S_om=1.2 мм /об;

Скорость резания:

V_t=35 м / мин; V = 3 5 * 1,2 = 42 м / мин Частота вращения фрезы:

Принимаем по паспорту Фактическая скорось резания:

Определяем основное время:

Операция 020 Шпоночно-фрезерная.

Переходы:

1. Снять, установить и закрепить заготовку.

2. Фрезеровать паз Материал заготовки — сталь 45; 241 НВ Режущий инструмент: Фреза шпоночная Р6М5 D = 8 мм; z=2

Станок — шпоночно-фрезерный 692 М Переход 2

Определяем глубину резания t, мм на один проход.

t=0,5 мм при i=8

Скорость резания: Vт=22,3 м/мин [9, с. 342, к198]

n= 1180 мин^-1; Sм=472 мм/мин Поправочные коэффициенты:

К t v = К tn = Кtsм = 0,88 [9, к. 198]

Коv = Коп = Коsм = 1,0

Расчетная скорость резания:

Vp = = 19,6 м/мин;

Число оборотов шпинделя

n =h_т Kn Kвn = = 1038 мин^-1

принимаем по паспорту станка

n=950 мин^-1

действительная скорость резания

Vд = / 1000 = 14,9 м/мин

Sм = =415,36 мм/мин

Sм ==456 мм/мин Определяем подачу на зуб

Sz =Sм/nZ = 450/= 0,24 мм/зуб Назначаем стойкость фрезы Т=80 [4, с. 290, т. 40]

Определяем силу резания Рz = 10Срt^хSz^yB^uZ/D^qn^w мр, Ср=68,2; х=0,86; у=0,72; u = 1,0; q = 0,86; w=0

Кмр =(980/750)^0,3 = 1,08

Определяем 6 м крутящий момент Мкр= Рz D/2 100= 263,6 5/2 100=6,59Н м Мощность резания

Nр =Рz V/1020 60 = 263,6 14,9/1020 60= 0,06 кВт

Мощность на шпинделе станка

Nшп = Nд з= 1,6 0,85=1,36 кВт

Nрез < Nшп Nст = 3.3 0.8=2.4 кВт

0,06<1,36

Основное время при обработке паза:

То =Lрх/ Sм I =36 8/456=0,63 мин Операция 025 Вертикально-сверлильная

Переход 2: Сверление отверстия ш6,7 мм Глубина резания D/2. t=3,35 мм Определяем табличную подачу:

Табличная подача, мм/об Принимаем

= 0,14 мм/об Корректируем подачу с учетом поправочных коэффициентов:

Табличная скорость резания v, м/мин Поправочные коэффициенты:

Расчетная скорость резания:

Частота вращения шпинделя:

Фактическая скорость резания:

Проверяем достаточна ли мощность станка:

По мощности резания:

Обработка возможна Длинна рабочего хода:

где l_о = 18 мм, длина обрабатываемой поверхности

l₂ = 2,01 мм длина врезания инструмента

l₃ = 0 мм, длина перебега инструмента Основное время автоматической работы станка:

Переход 3: Нарезание резьбы М8

Определяем табличную подачу:

Табличная подача, мм/об Принимаем

= 1,0 мм/об Табличная скорость резания v, м/мин Поправочные коэффициенты:

Расчетная скорость резания:

Частота вращения шпинделя:

N_табл = 355 об/мин Коэффициент поправочный: К_n = 1,0

N=355· 1,0 = 355 об/мин Фактическая скорость резания:

Длина рабочего где l = 18 мм, длина обрабатываемой поверхности

l_всп = 4 мм, длина врезания инструмента Основное время работы станка:

Общее время на операцию:

Операция 035 Круглошлифовальная Переходы:

1. Снять, установить и закрепить заготовку

2. Шлифовать поверхности предварительно Исходные данные:

Материал заготовки — сталь 45;

Метод шлифования — с непрерывной радиальной подачей (автоматическая) Диаметр до обработки d₁= 30,27 мм Диаметр после обработки d₂ = 30,1 мм Станок круглошлифовальный мод. 3Б12

Выбор характеристик шлифовального круга

1) Размеры шлифовального круга:

Диаметр D_k = 250 мм (по паспорту станка) Высота (ширина) В_к = 60 мм (по паспорту станка)

2) Принятая форма круга — ПП (прямого профиля) Материал — 24А (электрокорунд белый)

3) Характеристики круга:

Зернистость — 25 [3.с. 245, табл. 161]

Твердость — С1 [3.с. 249]

Номер структуры — 5 [3.с. 249, табл. 167]

Связка — керамическая К5 [3.с. 247]

Допустимая окружная скорость V_к = 35 м/с Полное обозначение круга ПП 250Ч60 24А 25Н С1 5 К5 35 м/с 1 кл. А ГОСТ 2424–83

Таблица 2.11. Расчет режимов резания

1. Расчетный диаметр круга D = D_k = 250 мм Расчетная частота вращения круга:

Принимаем по паспорту станка n_кр = 2340 об/мин Фактическая скорость резания:

2. Расчетный диаметр заготовки D_з = d₁= 30,27 мм Табличная окружная скорость заготовки:

V_з = 20…40 м/мин [3. с. 301, табл. 55]

Принимаем V_з = 25 м/мин Частота вращения заготовки:

(находится в паспортных пределах)

3. Табличная врезная (радиальная) подача на 1 оборот заготовки:

S_рад = 0,001…0,005 мм/об Принимаем радиальную подачу:

S_рад = 0,005 мм/об Скорость минутной врезной подачи:

(находится в паспортных пределах)

4. Диаметры до и после обработки (по исходным данным):

d₁= 30,27 мм, d₂ = 30,1 мм Припуск на шлифование (на сторону):

Расчетная длина хода L = h = 0,03 мм

5. Число рабочих ходов i = 1

Коэффициент, учитывающий время на выхаживание:

K = 1,2…1,3

Принимаем K = 1,3

6. Основное время на операцию:

Операция 040 Круглошлифовальная Переходы:

1. Снять, установить и закрепить заготовку.

2. Шлифовать поверхность предварительно Материал заготовки — сталь 45; 241 НВ Станок — кругло-шлифовальный 3Б12

Переход 2:

Выбираем абразивный инструмент:

Диаметр круга ш 600 мм, ширина В=40 мм, принятая форма круга — ПП (с выточкой), материал 24А, твердость С1, зернистость 25, номер структуры 5, связка К5, скорость вращательного движения v= 35 м/с ПП 600Ч40 24А 25Н С1 5 К5 35 м/с 1 кл ГОСТ 2424–83

1) Определяем скорость вращательного движения круга м/с

=35 м/с

2) Определяем частоту вращения круга, об/мин где — скорость вращения круга (м/с); - диаметр круга (мм)

=1114 об/мин Корректируем частоту вращения по паспорту станка =1112 об/мин Определяем скорость вращения заготовки

=(15−35) м/мин

=25 м/мин.

3) Определяем частоту вращения заготовки, об/мин

об/мин Определяем глубину шлифования t, мм

t=0,005 мм

4) Определяем продольную подачу S мм/об

S=(0,3−0,4) В где В — ширина круга (мм) 63

S=0,4 40=16 м/мин Находим минутную подачу:

=263 16 = 4208 м/мин Расчетная длина хода стола L=95−0,4 40=79 мм

5) Припуск на шлифование (на сторону):

Коэффициент, учитывающий, дополнительные ходы на выхаживание:

K = 1,2…1,4

Принимаем K = 1,4

Число ходов, включая выхаживание:

6) Определяем основное время, мин

— продольная подача, 4208 мм/мин.

L — длина обрабатываемой хода стола, 79 мм

Операция 045 Круглошлифовальная Переходы:

1. Снять, установить и закрепить заготовку

2. Шлифовать поверхности окончательно Исходные данные:

Материал заготовки — сталь 45;

Метод шлифования — с непрерывной радиальной подачей (автоматическая) Диаметр до обработки d₁= 30,1 мм Диаметр после обработки d₂ = 30,02 мм Станок круглошлифовальный мод. 3Б12

Выбор характеристик шлифовального круга

1) Размеры шлифовального круга:

Диаметр D_k = 250 мм (по паспорту станка) Высота (ширина) В_к = 60 мм (по паспорту станка)

2) Принятая форма круга — ПП (прямого профиля) Материал — 24А (электрокорунд белый)

3) Характеристики круга:

Зернистость — 25 [3.с. 245, табл. 161]

Твердость — С1 [3.с. 249]

Номер структуры — 5 [3.с. 249, табл. 167]

Связка — керамическая К5 [3.с. 247]

Допустимая окружная скорость V_к = 35 м/с Полное обозначение круга ПП 250Ч60 24А 25Н С1 5 К5 35 м/с 1 кл. А ГОСТ 2424–83

Таблица 2.11. Расчет режимов резания

3. Расчетный диаметр круга D = D_k = 250 мм Расчетная частота вращения круга:

Принимаем по паспорту станка n_кр = 2340 об/мин Фактическая скорость резания:

4. Расчетный диаметр заготовки D_з = d₁= 30,1 мм Табличная окружная скорость заготовки:

V_з = 20…40 м/мин [3.с. 301, табл. 55]

Принимаем V_з = 40 м/мин Частота вращения заготовки:

(находится в паспортных пределах)

5. Табличная врезная (радиальная) подача на 1 оборот заготовки:

S_рад = 0,001…0,005 мм/об Принимаем радиальную подачу:

S_рад = 0,001 мм/об Скорость минутной врезной подачи:

(находится в паспортных пределах)

6. Диаметры до и после обработки (по исходным данным):

d₁= 30,1 мм, d₂ = 30,02 мм Припуск на шлифование (на сторону):

Расчетная длина хода L = h = 0,085 мм

7. Число рабочих ходов i = 1

Коэффициент, учитывающий время на выхаживание:

K = 1,2…1,3

Принимаем K = 1,3

8. Основное время на операцию:

Операция 050 Круглошлифовальная Переходы:

1. Снять, установить и закрепить заготовку.

2. Шлифовать поверхность предварительно Материал заготовки — сталь 45; 241 НВ Станок — кругло-шлифовальный 3Б12

Переход 2:

Выбираем абразивный инструмент:

Диаметр круга ш 600 мм, ширина В=40 мм, принятая форма круга — ПП (с выточкой), материал 24А, твердость С1, зернистость 25, номер структуры 5, связка К5, скорость вращательного движения v= 35 м/с ПП 600Ч40 24А 25Н С1 5 К5 35 м/с 1 кл ГОСТ 2424–83

5) Определяем скорость вращательного движения круга м/с

=35 м/с Определяем частоту вращения круга, об/мин где — скорость вращения круга (м/с); - диаметр круга (мм)

=1114 об/мин Корректируем частоту вращения по паспорту станка =1112 об/мин Определяем скорость вращения заготовки

=(15−35) м/мин

=25 м/мин.

6) Определяем частоту вращения заготовки, об/мин

об/мин Определяем глубину шлифования t, мм

7) Определяем продольную подачу S мм/об

S=(0,3−0,4) В где В-ширина круга (мм)

S=0,3 40=12 м/мин Находим минутную подачу:

=265 12 = 3180 м/мин Расчетная длина хода стола L=95−0,4 40=79 мм

5) Припуск на шлифование (на сторону):

Коэффициент, учитывающий, дополнительные ходы на выхаживание:

K = 1,2…1,4

Принимаем K = 1,4

Число ходов, включая выхаживание:

6) Определяем основное время, мин

— продольная подача, 3180 мм/мин.

L — длина обрабатываемой хода стола, 79 мм

2.6 Нормирование операции

Операция 005 Фрезерно-ценровальная Исходные данные:

Обрабатываемый материал: сталь 45.

Масса заготовки — 3,39 кг.

Величина партии изделий .

Станок — фрезерно-центровальный мод. МР-71М.

Способ установки деталив тисках ГОСТ 21 167–75.

Расчет норм времени

1.

2. Определяем вспомогательное время

=0,17 мин.

3. =0,08+0,06=0,14 мин.

4. К=0,5

5.

6. Общее вспомогательное время на операцию:

7. Определяем время на обслуживание рабочего места и отдыха в долях от оперативного время:

a _обс.= 5%; а_отл=3,5%.

8. Определяем подготовительно-заключительное время:

Т_пз=10 мин

9. Норма штучного времени на операцию:

10. Величина операционной партии изделий n_оп = 157 шт. (по исходным данным)

11. Штучно — калькуляционное время:

010 Токарная с ЧПУ Исходные данные:

1. Наименование операции: токарно-винторезная.

2. Станок: токарно-винторезный с ЧПУ.

3. Модель станка: 16К20Ф3С39 (наибольший диаметр обрабатываемой заготовки над суппортом 200 мм).

4. Модель устройства ЧПУ — «Электроника НЦ-31».

5. Наименование детали — вал.

6. Обрабатываемый материал: сталь 45, масса — 3,39 кг.

7. Способ установки детали — в поводковом патроне, в центрах.

8. Количество инструмента в наладке — 4.

Расчёт норм времени на данную операцию.

1. Время на организационную подготовку:

Получить наряд, чертёж, инструмент — 4,0 мин.

Ознакомиться с работой, чертежом, технологической документацией, осмотреть заготовку — 2,0 мин.

Инструктаж мастера — 2,0 мин.

Итого: мин.

2. Время на наладку станка, приспособлений, инструмента, программных устройств:

Установить и снять — 4,5 мин.

Подключить приспособление с механизированным зажимом к пневмосети — 2,5 мин.

Установить и снять инструментальный блок или отдельный режущий инструмент. Время на один инструмент (блок) — 0,4 мин. Так-так у нас два инструментальных блока, 0,4+0,4=0,8 мин.

Установить программоноситель в считывающее устройство и снять — 10,0 мин.

Проверить работоспособность считывающего устройства перфоленты — 7,6 мин.

Установить исходные координаты Х и Y (настроить нулевое положение) по боковой поверхности — 1,8 мин.

Настроить устройство для подачи СОЖ — 0,5 мин.

мин.

3. Пробная обработка детали

5,3 мин.

Итого: подготовительно — заключительное время на партию деталей.

мин.

4. Вспомогательное время на установку и снятие детали

0,22 мин.

5. Вспомогательное время, связанное с операцией

0,32 мин

6. Вспомогательное время на контрольные измерения мин.

7. Время на обслуживание рабочего места, отдых и личные потребности

8. Общее вспомогательное время на операцию:

мин.

9. Определяем штучное время:

мин.

10. Штучно-калькуляционное время:

мин Операция 015 Шлицефрезерная.

Основное время Т₀=3,02 мин.

1. Определяем вспомогательное время Т_в=0,7 мин.

2. Т_оп= Т_о+ Т_в=3,02+0,7=3,72 мин. — оперативное время.

3. Определяем время на обслуживание рабочего места Т_обс=4,5% Т_оп Т_обс=0,09 мин.

4. Определяем время на отдых и личные потребности.

Т_отл=5% Т_оп; Т_отл=0,1 мин.

5. Определяем норму штучного времени.

6. Определяем подготовительно заключительное время Т_п._з = 36 мин.

Определяем норму штучно-калькуляционного времени.

Операция 020 Шпоночно-фрезерная.

1. Определяем вспомогательное время на операцию, мин

2. Определяем оперативное время, мин

=3,9 мин

=0,65 мин

3. Определяем время на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности.

= 3,5%

=4%

4. Определяем норму штучного времени, мин

=0,65 мин

=0,63 мин

5. Определяем подготовительно-заключительное время на партию деталей

=17 мин

6. Определяем штучно калькуляционное время

:

Операция 025 Вертикально-сверлильная

1. Определяем вспомогательное время на операцию, мин

=0,32 мин

=0,05 мин

2. Определяем время на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности.

= 4%

=4%

3. Определяем норму штучного времени, мин

=0,25 мин

=0,37 мин

4. Определяем подготовительно-заключительное время на партию деталей

=29 мин

5. Определяем штучно калькуляционное время:

Операция 035 Круглошлифовальная.

Исходные данные:

Масса заготовки 3,39 кг Установка заготовки — в центрах с хомутиком Величина операционной партии изделий П_оп =157 шт.

Контроль диаметрального размера — скобой Станок круглошлифовальный мод. 3Б12 (наибольший диаметр устанавливаемой заготовки 200 мм) Подача — автоматическая.

Расчет норм времени Основное время Т_о = 0,169 мин

1. Т_уст = 0,28 мин [карта 6, поз. 2]

2. t_п = 0,37 мин [карта 44, поз. 46]

3. t_изм = 0,09 мин [карта 86, поз. 25]

t_изм = Т_о (0,09 = 0,09), но в данном случае время на измерения в норму включаем.

4. К = 1 [карта 87]

5. Суммарное вспомогательное время на переход:

Т_п = t_п + t_изм · К = 0,37+0,09 · 1 =0,46 мин

6. Общее вспомогательное время на операцию:

Т_в = Т_уст + Т_п = 0,28 + 0,46 =0,74 мин

7. а_обс = 9% [карта 45]

8. Т_п.з = 7+6+1+7=30 мин [карта 45, поз. 2,6,7,10]

9. Определяем а_от.л при автоматической подачи:

Оперативное время Т_оп = Т_о + Т_в = 0,169 + 0,74 = 0,91 мин

а_от.л = 4% [карта 88]

10. Норма штучного времени на операцию:

11. Величина операционной партии изделий n_оп = 157 шт. (по исходным данным)

12. Штучно — калькуляционное время:

.

3. Конструкторская часть

3.1 Конструирование станочного приспособления

3.1.1 Силовой расчет приспособления

Проектируемое приспособление предназначено для фрезерования шпоночного паза на шпоночно-фрезерной операции.

Исходные данные для расчета:

— содержание операции: фрезерование шпоночного паза

— способ базирования заготовки: цилиндрической поверхностью

D = 25 мм на опорную призму с< б =90є

— режимные параметры обработки из п. 2.5:

t =4 мм; i = 8; Sм = 456 мм/мин; n=950 мин^-1; V=14,9 м/мин; Sz = 0,24 мм/зуб Для определения величины требуемой силы зажима разрабатываем схему действия силы на заготовку.

Со стороны шпоночной фрезы на заготовку действуют силы Рz, Рх, Ру, сдвигающие ее относительно опорной призмы.

Этим силам противодействуют:

— со стороны зажимного элемента сила зажима W, прижимающая заготовку к опорной призме;

— силы трения Wf в местах контакта базовой поверхности заготовки с зажимным и опорным элементами, удерживающими ее от сдвига.

При действии всех сил заготовка должна находиться в равновесии.

Учитывая способ базирования заготовки, характер и направление действия на нее всех сил, а также надежность закрепления, величину требуемой силы зажима заготовки рассчитываем по формуле:

Wсум=(К · vРz²+Рх²+Ру²) / f₁ +f₂/sinб/2,

где К — коэффициент заноса

f 1, f2 — коэффициенты трения в местах контакта базовой поверхности заготовки с зажимным и опорным элементами соответственно.

б — угол призмы в градусах; б = 90⁰

Принимаем f 1=f2 =0,16 — при контакте обработанной поверхности заготовки с опорой и зажимным элементом К = Ко · К₁ · К₂ · К₃ · К₄ · К₅ · К₆,

К₀ =1,5 — гарантированный коэффициент заноса К₁ =1 — при чистовой обработке К₂=1,6…1,8 — коэффициент, учитывающий затупления шпоночной фрезы при фрезеровании стали;

Принимаем К₂=11,7

К₃ =не учитывается при непрерывном фрезеровании К₄ =1,0 — при использовании пневмоцилиндра двухстороннего действия К₅ — не учитывается пи механизированном зажиме К₆-не учитывается при отсутствии момента, поворачивающего заготовку относительно опоры К=1,5 · 1 · 1,7 · 1=2,55

Главную составляющую силы резания берем из п. 2.5.

Рz =263,6Н Величины остальных составляющих силы резания радиальной Ру и осевой Рх устанавливаем из соотношения с главной составляющей Рz.

Ру=(0,3…0,4) Рz. [4, т. 42, с. 292]

Рх =(0,5…0,55) Рz.

Ру=0,4 Рz. = 0,4 · 263,6=105,44Н Рх =0,55 Рz = 0,55 · 263,6 =144,98Н Рассчитываем силу W по формуле.

W =2,55 · v263,6²+144,98²+105,44² / 0,16+0,16/0,707 = 2105Н

3.1.2 Описание конструкции и принципа действия

Анализируем исходные данные Тип производства — среднесерийное Тип привода — механизированный Расчетная величина зажимной силы W=2105Н. выбираем тип зажимного механизма и привода. Для приспособления, работающего в условиях среднесерийного производства с требуемой величиной зажимной силы, принимаем рычажный зажимной механизм с передаточным отношением сил i =1,67

Выбираем тип привода.

Принимаем механизированный пневматический привод с пневмоцилиндром двухстороннего действия.

Передача сил со штока на заготовку будет производиться по схеме: шток-рычаг-заготовка.

На основании схемы действия сил по известной силе W определяем величину расчетной исходной силы на штоке пневмоцилиндра D.

Для рычажного зажимного механизма величина силы, действующей со стороны штока на рычаг рассчитываем по формуле:

Q =W /i · ?,

где? — КПД рычажного зажимного механизма, принимаем? = 0,95

Q = 2105/1,67 · 0,95=1327Н Зная величину силы, развиваемой на штоке пневмоцилиндра двухстороннего действия, определяем расчетный диаметр пневмоцилиндра D.

Для пневмоцилиндра 2-х стороннего действия при подаче сжатого воздуха для зажима в бесштоковую полость.

Q= D² /4 ·? · т, Н,

где т — давление сжатого воздуха, Па