Федеральное агентство пообразованию
Государственное образовательноеучреждение высшего профессионального образования
Пермский Государственный Технический Университет
Расчётно-пояснительная записка
ккурсовому проекту по ТМС
Пермь2008 г.
Содержание
Введение
Технологическая часть
1 Служебное назначение и конструкторско-технологическая характеристикадетали
1.1 Служебное назначение детали
1.2 Условия работы
1.3 Назначение поверхностей
1.4 Выводо важности конструкции детали
1.5 Химическийсостав и механические свойства заготовки
1.6 Технологическийконтроль чертежа детали
1.7 Технологическийанализ конструкции детали
1.8 Определениепоказателей технологичности
2. Определение типа производства
3. Технико-экономическое обоснование способа полученияисходной заготовки
4. Анализ существующего технологического процесса ипредлагаемые варианты его изменения
5. Расчет припусков
5.1 Расчет припусков на обработку шейки вала (пов. 15)
5.2 Расчет припусков на обработку шейки вала (пов. 13)
6. Расчет режимов резания
7. Техническое нормирование
7.1 Расчет нормы времени на операцию 010 (токарная)
7.2 Расчет нормы времени на операцию 025 (фрезерная)
8. Размерный анализ ТП
Конструкторская часть
1. Проектированиеи расчет конструкции станочного приспособления
2. Проектирование и расчет контрольногоприспособления
3. Описание конструкции режущегоинструмента
Исследовательская часть
/>/>Введение
Эффективность производства, его техническийпрогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от развитияпроизводства нового оборудования, машин, станков и аппаратов. Ведущее место вдальнейшем росте экономики страны принадлежит отраслям машиностроения, которыеобеспечивают материальную основу технического прогресса всех отраслей народногохозяйства. В настоящее время в связи с развитием электроники создается и широковводится в промышленность автоматическое оборудование с системой числовогопрограммного управления. Создаются новые высокопроизводительные и высокоточныемашины, основанные на достижениях науки. Это оборудование позволяет производитьпродукцию высокого качества при ее низкой себестоимости. Разработка новыхсинтетических сверхтвердых инструментальных материалов позволило расширить нетолько диапазон режимов резания, но и спектр обрабатываемых материалов.
В настоящее время в машиностроении на первое местостали выходить такие понятия, как производительность и себестоимость. Нарешение этих главных задач направленно применение прогрессивныхвысокопроизводительных методов обработки, обеспечивающих высокую точность икачество поверхности деталей машин, повышение полноты использованияминерального сырья и увеличение извлечения из него полезных составляющих,сокращение отходов и потерь металлоконструкций за счёт замены технологическихпроцессов, основанных на резании металла на экономичные методы формообразования.
На сегодняшний день передтехнологами-машиностроителями стоят задачи дальнейшего повышения качествамашин, снижение трудоемкости, себестоимости и материалоемкости их изготовления,механизация и автоматизация производства, а также сокращение сроков подготовкипроизводства новых объектов. Технический процесс в машиностроениихарактеризуется не только улучшением конструкций машин, но и непрерывнымсовершенствовании технологии их сборки. Важно качественно, дешево и в заданныесроки с минимальными затратами живого и овеществленного труда изготовитьмашину, применив высокопроизводительное оборудование, технологическую оснастку,средства механизации и автоматизации производства. От принятой технологиипроизводства во многом зависит надежность работы выпускаемых машин, а такжеэкономика их эксплуатации. Совершенствование технологии машиностроенияопределяется потребностями производства необходимых обществу машин.
Целью данного курсового проекта являетсяразработка оптимального технологического процесса изготовления детали.
Технологическая часть
1. Служебное назначение иконструкторско-технологическая характеристика детали
1.1 Служебное назначение детали
Деталь типа шатун является звеномшатунно-кривошипного механизма плунжерного насоса, который предназначен дляоткачки нефти. Шатун предназначен для передачи силы от поршня и преобразованияего возвратно – поступательного во вращательное движение коленчатого валадвигателя.
1.2 Условия работы
При работе шатуны подвержены действиюзначительных знакопеременных рабочих нагрузок и сил инерции. Для этого шатундолжен обладать достаточной прочностью и жесткостью при наименьшей возможноймассе.
1.3 Назначение поверхностей
В поверхность 1 вставляется вкладыш(фиксируется штифтом – поверхность 3) и посредством соединения с деталью«крейскопф» соединяется с поршнем. Поверхность 2 соединяется с коленчатым валоми фиксируются штифтами (отверстия 4).
1.4 Вывод о важности конструкции детали
Все элементы имеют определенные функции и отказот каких-либо элементов недопустим, т. к. это приводит к ухудшению илидаже к полной потере работоспособности механизма.
1.5 Химический состав и механическиесвойства заготовкиТаблица 1.1. Химический состав стали 35Л (ГОСТ 977–88), %C Si Mn S P не более 0,32–0,40 0,20–0,52 0,45–0,90 0,050 0,050
Таблица 1.2Механические свойства стали 38Л
σ0,2, Н/мм2
σВ, Н/мм2
σ, Н/мм2 Ψ, %
KCU, Дж/см2 НВ Не менее 275 491 15 25 34 150
Материалсталь 35Л подходит для требуемых условий работы.
1.6Технический контроль чертежа детали
1) Начертеже нанесены все размеры и классы шероховатости, необходимые дляизготовления детали;
2) Дополнительныхопераций для получения указанных на чертеже шероховатостей поверхностей непотребуется;
3) Допускаемыеотклонения от правильных геометрических форм связаны со служебным назначениемдетали;
4) Допускаемыепространственные отклонения технологических трудностей не вызывают;
5) Все необходимые дляизготовления детали проекции, размеры и сечения приведены на чертеже детали;
6) Чертежтакже содержит сведения о массе детали и заготовки, о материале детали;
1.7Технологический анализ конструкции детали
1) Наосновании изучения условий работы шатуна, а также его конструкции нецелесообразно применять сварную или армированную заготовку. Назначение детали непозволяет упростить деталь, заменить материал на более дешевый илилегкообрабатываемый;
2) Конструкцияшатуна позволяет применить высокопроизводительные методы обработки, в частностиприменение станков с ЧПУ;
3) Шатунимеет труднодоступное для обработки отверстие для фиксации вкладыша, т.е. необходимодополнительное приспособление для обработки;
4) Приобработке большинства размеров возможно совмещение конструкторской иизмерительной базы;
5) К деталипредъявлены высокие требования по точности и шероховатости, т.е. обработкунеобходимо производить на оборудовании повышенной точности;
6) Всеразмеры на чертеже допускают измерение специальным и универсальнымизмерительным инструментом;
7) В качествебаз используется поверхность разъема шатуна с крышкой и отверстия повышеннойточности в шатуне, введение искусственных баз необязательно;
8) Обработкунеобходимо производить на оборудовании повышенной точности, т. к. наличиевысоких требований к отдельным поверхностям;
9) Заготовка:отливка;
10) Покрытиенеобработанных поверхностей – грунтовка ГФ – 0119 ГОСТ 23343–78.
В целомконструкция достаточно технологична и её изготовление возможно.
1.8Определение показателей технологичности
ü Коэффициент точности
Тi(квалитет)
Ni (кол-во поверхностей)
Тi* Ni 8 4 32 7 4 28 6 1 6 14 2 28 сумма 11 94
Тср=94/11=8,5
Ктч=1–1/ Тср=1–1/8,5=0,88
ü Коэффициент шероховатости
Шi
Ni
Шi* Ni 6,3 12 75,6 1,25 2 2,5 1,6 2 3,2 3,2 6 19,2 14 2 28128,5 сумма 24 128,5
Шср=128,5/24=5,35
Кш=1/ Шср=1/5,35=0,187
Чертеж детали в результате технологического контроля оставлен безизменений, поэтому уровень технологичности как сравнительный анализ поиспользованию материала, точности обработки, шероховатости и технологическойсебестоимости равен единице.
2.Определение типа производства
Режим работы предприятия 2 смены в сутки
Годовая программа N=1000 шт.
Действительный годовой фонд времени работы оборудования Fд=4029
Такт выпуска t=60* Fд/N=241,74 (мин)
Данные по существующему (аналогичному) заводскому технологическомупроцессу или по укрупненному нормированию операций сводим в таблицу 2:
Таблица 2:Операция
Тшт-к
Mр Р
ηз.ф О 010 7,2 0,7 1 0,7 1,07 015 1,8 0,17 1 0,17 4,41 020 0,3 0,029 1 0,029 25,86 030 0,5 0,049 1 0,049 15,31 035 3,7 0,36 1 0,36 2,08 040 3,5 0,343 1 0,343 2,187 045 0,1 0,01 1 0,01 75 050 0,2 0,019 1 0,019 39,47 055 1,6 0,157 1 0,157 4,77 060 1 0,098 1 0,098 7,65 065 1,9 0,186 1 0,186 4 080 0,15 0,134 1 0,134 5,59 090 0,145 0,13 1 0,13 5,76 Сумма=13 Сумма=193,127
Мр=0,098* Тшт‑к
О= ηз.н/ ηз.ф=0,75/ ηз.ф
Кзо=193,127=13
Тип производства: Мелкосерийное производство
3. Технико-экономическое обоснование способа получения исходной заготовки
При выборе заготовки предпочтениеследует отдавать той заготовке, которая обеспечивает меньшую технологическуюсебестоимость детали. Если же сопоставимые варианты по технологическойсебестоимости равноценны, то предпочтительным следует считать вариант заготовкис более высоким Ким.
Материал детали 35Л
Масса детали q=71,3 (кг)
Годовая программа N=1000 (шт.)
Такт выпуска tв=241,74 (мин)
Производство мелкосерийное
Данные для расчетов стоимости заготовки по вариантам сведены втаблицу 3:
Таблица 3:Наименование показателей 1 вариант 2 вариант Вид заготовки Отливка (в оболочковые формы) Отливка (в кокиль) Класс точности 12 14 Масса заготовки, Q 73,8 75,6
Стоимость 1т заготовок, принятых за базу Сi, руб. 240 240
Стоимость 1т стружки Sотх, руб. 27 27 Стоимость заготовки S 20,137 20,581 Вывод: S1
Стоимость отливки в оболочковые формы определяем по формуле:
Sзаг=(Сi/1000•Q•kт•kс•kв•kм•kп) – (Q-q)•Sотх/1000 ([1], с. 31);
Исходные данные для расчета ([1]):
Сi=240 руб. ([1], с. 31) – базовая стоимость 1 т.заготовок;
Q=73,8 кг – масса заготовки;
kт=1,1 ([1], стр. 33) – коэффициент точности;
kс=1 ([1], стр. 34) – коэффициент сложности;
kв=0,85 ([1], табл. 2.8) – коэффициент веса;
kм=1,22 ([1], табл. 2.8) – коэффициент марки материала;
kп =1 ([1], табл. 2.8) – коэффициент объема производства;
q – масса детали, q=71,3 кг
Sотх=27 руб. ([1], табл. 2.7) – цена 1т. отходов;
В результате расчета получаем стоимость заготовки (Sзаг):
Sзаг=(240/1000•1,1•1•0,85•1,22•1) – (73,8–71,3)•27/1000=20,137 руб.
Стоимость отливки (в кокиль) определяем по формуле:
Sзаг=(Сi/1000•Q•kт•kс•kв•kм•kп) – (Q-q)•Sотх/1000 ([1], с. 31);
Исходные данные для расчета ([1]):
Сi=240 руб. ([1], с. 31) – базовая стоимость 1 т.заготовок;
Q=75,6 кг – масса заготовки;
kт=1,1 ([1], стр. 33) – коэффициент точности;
kс=1 ([1], стр. 34) – коэффициент сложности;
kв=0,85 ([1], табл. 2.8) – коэффициент веса;
kм=1,22 ([1], табл. 2.8) – коэффициент марки материала;
kп =1 ([1], табл. 2.8) – коэффициент объема производства;
q – масса детали, q=71,3 кг;
Sотх=27 руб. ([1], табл. 2.7) – цена 1т. отходов;
В результате расчета получаем стоимость заготовки (Sзаг):
Sзаг=(240/1000•1,1•1•0,85•1,22•1) – (75,6–71,3)•27/1000=20,581 руб.
Расчитываем экономический эффект:
Э=(S2-S1)/N,
Где S2 – стоимость отливки (вкокиль), (S2=20,581 руб.);
S1 – стоимость отливки в оболочковые формы, (S1=20,137 руб.);
N – годовая программа выпуска изделий, (N=1000 шт.).
В результате расчета получили экономический эффект: Э=(20,581–20,137)/1000=444коп.
Вывод: Сравнивая варианты способов полученияисходных заготовок по минимуму приведенных затрат, предпочтение следует отдатьлитью в оболочковые формы, что приведет к большей экономии металла. Этотвариант следует принять к подробной разработке. Экономический эффект Э=444 коп.
4. Расчет количества деталей в партии
N=1000 шт.;
Тшт-к.ср=1,69 мин;
Периодичность запуска – выпуска изделий а=3 дня;
Число рабочих дней в году F=254 дня; Количество деталей в партии определяемпо формуле:
n=N•a/F
где N – годовая программа выпуска продукции, (N=1000 шт.);
а – периодичность запуска – выпуска изделий, (а=3 дня);
F – число рабочих дней в году, (F=254 дня).
В результате расчета принимаем количество деталей в партии:
n=1000•3/254 =11,8 шт.;
Расчетное число смен на обработку партии деталей определяем поформуле:
Срасч=Тшт-к ср•n/(476•0,8);
В результате расчета получаем:
С=1,69•11,8/(476•0,8)=0,25 смен;
Принимаем количество смен: Спр=1;
Расчетное количество деталей в партии определяем по формуле:
Nрасч=476•0,8•Cпр/Tшт-к ср;
В результате расчета получаем:
Nрасч=476•0,8•1/1,69=225,33.
5. Анализ существующего технологическогопроцесса и предлагаемые варианты его изменения
Технологический процесс механической обработкидетали определяется следующими факторами: материалом изготавливаемой детали,конструкцией детали, требуемым качеством обработки и поверхностей детали,методом получения исходной заготовки, годовым объёмом выпуска изделия, а такжеусловиями производства данной детали.
В результате проверки чертежа детали натехнологичность и технологического контроля чертежа детали было установлено,что элементы конструкции детали не могут быть упрощены без ущерба служебномуназначению; допуски на поверхности соответствуют заданной шероховатости, тоесть, нет необходимости изменять конструкцию и размеры детали, а также нетнеобходимости в дополнительных операциях для выполнения технических требований.
Выбран технологический процесс изготовлениядетали типа шатун. Технологический процесс изготовления детали составленграмотно. Для каждой операции подобраны: необходимое оборудование, режущий имерительный инструмент, приспособления и оснастка, которые обеспечивают, заданныеконструктором, точность размеров, точность геометрических форм и расположенияповерхностей.
Оборудованиеи режущий инструмент подбирались по следующим критериям:
1. Наличие на производстве.
2. Обеспечениетехнологических параметров и режимов обработки.
При выборебаз руководствовались следующими соображениями:
1. За базы приниматьнаиболее точные поверхности.
2. Возможность закрепленияна станке.
3. Возможность и удобствообработки детали.
Назначенныймерительный инструмент позволяет с необходимой точностью проводить измерения вуказанных местах.
Существуетсоответствие между назначенными допусками на размеры и шероховатостьюповерхностей.
Маршрут обработки по базовомутехнологическому процессу:
005: Входной контроль
010: Вертикально – фрезерная
65А80Ф1
015: Горизонтально – фрезерная
FW450
020: Маркирование
025: Контрольная
Стол контролера
030: Фрезерная с ЧПУ
ИС800ПМФ4
035: Слесарная
Верстак слесарный
040: Контрольная
Стол контроллера
045: Комплектовочная
050: Транспортирование
Автопогрузчик
055: Сборочная
060: Вертикально – фрезерная
65А90ПМФ4
065: Координатно-расточная
2Е450
070: Контрольная
Стол контроллера
075: Сборочная
Верстак слесарный
080: Вертикально – сверлильная
2С132
085: Слесарная
Верстак слесарный
090: Горизонтально – расточная
2А636
095: Слесарная
Верстак слесарный
100: Контрольная
Стол контроллера.
Недостатки базового технологическогопроцесса:
· Слабо механизирована слесарнаяоперация;
· Высокая себестоимость обработки операции090;
Принимаем следующиеизменения:
1. Переводимгоризонтально-расточную операцию с ЧПУ 090, на сверлильную с дальнейшимпроектированием приспособления, вследствие чего уменьшается себестоимостьобработки;
2. Наслесарной операции применяем шлифовальные машинки, тем самым повышая уровеньмеханизации;
6. Расчет припусков
6.1 Расчетприпусков и предельных размеров по технологическим переходам на обработкуповерхности Æ120 Н7(+0,046) (поверхность 1)
Расчетоперационных припусков записываем в таблицу 4.
Таблица 4:
Технологи-
ческие переходы Элементы припуска, мкм Расчетный припуск, мкм Расчетный размер, мм
Допуск
мкм Предельный размер, мм Предельные значения припусков, мкм R z T r e
2Z min
d Р d
d min
d max
2Z minпр
2Zmaxпр Заготовка 50 200 3956 - - 111 3200 107,8 111 - - Обтачивание чистовое 30 50 237 - 2•4206 119,32 500 118,82 119,32 8320 11020 Обтачивание тонкое 15 20 158 - 2•317 120 46 119,954 120 680 1134 Итого: 9000 12154 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Рассчитываемпространственные отклонения по формуле:
р=ркор+рсм([1],табл. 4.7);
рсм= d=3200 мкм;
ркор=Δк•L,
где Δк – удельнаякривизна заготовки, Δк=1 ([1], табл. 4.8);
L – общая длина заготовки, L=756;
ркор=1•756=756 мкм;
В результате расчета получаемвеличину пространственных отклонений:
рзаг=756+3200=3956мкм;
рток.чист=рзаг•0,06=3956•0,06=237,36мкм;
рток.тонк=рзаг•0,04=3956•0,04=158,24мкм;
Расчетный припуск 2Zminрассчитываем по формуле: ([1], с. 85);
2Zmin=2•(Rzi‑1+Ti‑1+ri‑1)
2Zmin ток. чист=2•(50+200+3956)=2•4206мкм
2Zmin ток. тонкая=2•(30+50+237)=2•317мкм
Расчетныедиаметры:
Dток.чист=119,954 – (2•317)/1000=119,954–0,634=119,32 мм
Dрзаг=119,32 – (2•4206)/1000=119,32–8,412=111 мм
Т.к ведемрасчет припусков внутреннего отверстия, то расчетный размер равен наибольшемупредельному размеру:
Dр=Dmax
Наименьшиепредельные диаметры:
Dmin= Dmax-d
Dmax ток. тонкая=120–0,046=119,954 мм
Dmax ток. чист=119,32–0,5=118,82 мм
dзаг=111–3,2=107,8 мм
Предельныезначения припусков: ([1], с. 86);
/>
/>
/>
/>
Общийноминальный припуск:
Z=(dmax-dmin)/2=(111–107,8)/2=3,6/2=1,6
dзаг.ном=107,8+1,6=109,4 мм
Производим проверкуправильности выполненных расчетов: ([1], с. 87)
Zi max-Zimin=di-1-di
Чистовое фрезероваение:
11020–8320=3200–500
2700=2700
Тонкое точение:
1134–680=500–46
454=454
Расчеты произведены верно.
6.2 Расчетприпусков и предельных размеров по технологическим переходам на обработкуповерхности 103-0,2 (поверхность 2)
Расчетоперационных припусков записываем в таблицу 5.
Таблица 5:Технологические переходы Элементы припуска, мкм Расчетный припуск, мкм Расчетный размер, мм
Допуск
мкм Предельный размер, мм Предельные значения припусков, мкм
R z T r e
Z min
Н Р d
Н min
Н max
Z minпр
Zmaxпр
Заготовка 50 200 3756 - - 107 3000 104 107 - -
Фрезерованиечистовое 30 50 225,36 - 4006 103 200 102,8 103 1200 4000
Итого: 1200 4000 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Рассчитываемпространственные отклонения по формуле:
р=ркор+рсм([1],табл. 4.7);
рсм= d=3000 мкм;
ркор=Δк•L,
где Δк – удельнаякривизна заготовки, Δк=1 ([1], табл. 4.8);
L – общая длина заготовки, L=756;
ркор=1•756=756 мкм;
В результате расчета получаемвеличину пространственных отклонений:
рзаг=756+3000=3756мкм;
рфр.чист=рзаг•0,06=3756•0,06=225,36мкм;
Расчетный припуск Zminрассчитываем по формуле: ([1], с. 85);
Zmin=(Rzi‑1+Ti‑1+ri‑1)
Zminфр. чист=(50+200+3756)=4006мкм
Расчетные размеры:
НРзаг=103+4006/1000=103+4=107 мм
Т.к ведемрасчет припусков плоскости, то расчетный размер равен наибольшему предельномуразмеру:
Нр=Нmax
Наименьшиепредельные размеры:
Нmin= Нmax-d
Нmax заг=107–3=104 мм
Предельныезначения припусков: ([1], с. 86);
/>
/>
Общийноминальный припуск:
Z=(Нmax-Нmin)/2=(107–104)/2=3/2=15
Нзаг.ном=104+1,5=105,5 мм
Производим проверку правильностивыполненных расчетов:([1], с. 87)
Zi max-Zimin=di-1-di
Чистовое фрезерование:
4000–1200=3000–200
2800=2800
Расчеты произведены верно.
Общие припуски:
Zmin=1200 мкм;
Zmax=4000 мкм.
Присвоение номеровповерхностей детали
Припуски и допуски наобрабатываемые поверхности детали по ГОСТ 7505–74Поверхность Размер Припуск Допуск 1 n120 14 0,035 2 n202 6 0,029 3,4 103 4 0,2 5,6 125 14 0,25 7,8 34 4 0,4 9,10 282 10 0,2
7. Расчет режимов резания
7.1 Расчетрежимов резания на координатно-расточную операцию 065
Переход 1: Точить поверхность 1 вразмер n120 Н7.
Обработкапроизводится на координатно-расточном станке 2Е450
Глубинарезания:
t=1,5 мм
Определяемподачу при чистовом растачивании, величина которой для обработки стали резцом срадиусом при вершине 0,4 мм при шероховатости обрабатываемой поверхности Rz 20 рекомендуется 0,25 мм/об.
S=0,25 мм/об.
Скоростьрезания определим по эмпирической формуле
V=Cv/(Tm*tx*Sy)*Kv,
где Cv=420; m=0,20; x=0,15; y=0,2 ([2], табл. 17)
Кv=Кмv*Кпv*Киv/>
Кмv– коэффициент учитывающий влияние материала определяется по формуле:
Кмv=Кг•(750/σв)nv ([2], табл. 1, стр. 261);
Необходимыеданные для определения Кму: ([2], табл. 2, стр. 262)
Кг=1;
Nv=1,75;
В результатерасчета получаем:
Кму=1•(750/750)1,75=1
Поправочныйкоэффициент Кпv, учитывающий влияние состояния поверхностизаготовки на скорость резания находим из источника ([2], табл. 5, стр. 263);
Кпv=0,8;
Поправочныйкоэффициент Киv, учитывающий влияние инструментального материалана скорость резания находим из источника ([2], табл. 6, стр. 263);
Киv=1;
В результатерасчета получаем:
Кv=1•0,8•1=0,8;
Приодноинструментальной обработке стойкость инструмента (Т) принимаем равной 60минут: Т=60 мин;
В результатерасчета получаем скорость резания:
/>
/>
/>
Найденное n корректируем по паспортуn=500 об/мин
Находимфактическую скорость резания:
/>
Силу резанияопределяем по формуле:
Pz=10СptxsyVnKp
Постоянную Сри показатели степени х, у, n для расчетных условий обработки для каждой из составляющихсилы резания приведены в источнике [2], табл. 22, стр. 273;
Ср=300;
х=1,0;
у=0,75;
n=-0,15;
Поправочныйкоэффициент Кр представляет собой произведение ряда коэффициентов (Kp= Kmp*Kφp*Kyp*Kλp* Krp) учитывающих фактическиеусловия резания. Численные значения этих коэффициентов принимаем по таблице [2],табл. 23, стр. 275:= 1,16*1*1*1*0,93=1,08
/>;
Kφp=1,0;
Kyp=1,1;
Kλp=1,0
Krp=0,87.
Kp= 1*1*1,1*1* 0,87=0,957
В результатерасчета получим силу резания:
Pz=10•300•1,51•0,250,75•189-0,15•0,957=203628,19Н
Мощностьрезания определяем по формуле:
/>
Рассчитаемосновное время:
/>.
L=103 мм.
Переход 2: Точить поверхность 2 вразмер n202 Н6.
Обработкапроизводится на координатно-расточном станке 2Е450
Глубинарезания:
t=1,5 мм
Определяемподачу при чистовом растачивании, величина которой для обработки стали резцом срадиусом при вершине 0,4 мм при шероховатости обрабатываемой поверхности Rz 20 рекомендуется 0,25 мм/об.
S=0,25 мм/об.
Скоростьрезания определим по эмпирической формуле
V=Cv/(Tm*tx*Sy)*Kv,
где Cv=420; m=0,20; x=0,15; y=0,2 ([2], табл. 17)
Кv=Кмv*Кпv*Киv/>
Кмv– коэффициент учитывающий влияние материала определяется по формуле:
Кмv=Кг•(750/σв)nv ([2], табл. 1, стр. 261);
Необходимыеданные для определения Кму: ([2], табл. 2, стр. 262)
Кг=1;
Nv=1,75;
В результатерасчета получаем:
Кму=1•(750/750)1,75=1
Поправочныйкоэффициент Кпv, учитывающий влияние состояния поверхностизаготовки на скорость резания находим из источника ([2], табл. 5, стр. 263);
Кпv=0,8;
Поправочныйкоэффициент Киv, учитывающий влияние инструментального материалана скорость резания находим из источника ([2], табл. 6, стр. 263);
Киv=1;
В результатерасчета получаем:
Кv=1•0,8•1=0,8;
Приодноинструментальной обработке стойкость инструмента (Т) принимаем равной 60минут: Т=60 мин;
В результатерасчета получаем скорость резания:
/>
/>
/>
Найденное n корректируем по паспортуn=300 об/мин
Находимфактическую скорость резания:
/>
Силу резанияопределяем по формуле:
Pz=10СptxsyVnKp
Постоянную Сри показатели степени х, у, n для расчетных условий обработки для каждой из составляющихсилы резания приведены в источнике [2], табл. 22, стр. 273;
Ср=300;
х=1,0;
у=0,75;
n=-0,15;
Поправочныйкоэффициент Кр представляет собой произведение ряда коэффициентов (Kp= Kmp*Kφp*Kyp*Kλp* Krp) учитывающих фактическиеусловия резания. Численные значения этих коэффициентов принимаем по таблице [2],табл. 23, стр. 275
/>;
Kφp=1,0;
Kyp=1,1;
Kλp=1,0
Krp=0,87.
Kp= 1*1*1,1*1* 0,87=0,957
В результатерасчета получим силу резания:
Pz=10•300•1,51•0,250,75•190-0,15•0,957=203628,19Н
Мощностьрезания определяем по формуле:
/>
Рассчитаемосновное время:
/>.
L=125 мм.
7.2 Расчетрежимов резания на вертикально-фрезерную операцию 010
Фрезероватьплоскость 3 в размер 103-0,2.
Обработкапроизводится на вертикально-фрезерном станке 65А80 Ф1.
Фреза ВК8ГОСТ 17026–71
Глубинафрезерования:
t=12 мм
Подачуопределяем исходя из глубины фрезерования и диаметра фрезы:
nфрезы=30 мм;
S(z)=0,08 мм/зуб ([2], табл.36, cтр.285);
Определениескорости резания определим по формуле: ([2], табл. 39, стр. 286)
/>
Поправочныекоэффициенты берем из таблицы [2], 38, стр. 286
где СV=108;
q=0,2;
m=0,32;
y=0,30;
x=0,06;
u=0,2;
p=0;
z=60;
В=1,25;
Общийпоправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условиярезания определяется по формуле:
К=Кмv•Кnv•Киv,
Где Кмv – коэффициент,учитывающий качество обрабатываемого материала ([2], табл. 1–4, стр. 280),Кмv=0,645;
Кnv-коэффициент учитывающийсостояние поверхности заготовки ([2], табл. 5), Кnv=0,9;
Киv – коэффициент,учитывающий материал инструмента ([2], табл. 6), Киv=1;
В результатерасчета получаем:
/>;
/>
/>,
/>, по паспорту nпр=200 об/мин
/>
Силу резанияопределяем по формуле:
/>,
Постоянную Сри показатели степени х, у, n для расчетных условий обработки для каждой из составляющихсилы резания приведены в источнике [2], табл. 22, стр. 273;
Ср=92;
х=0,06;
у=0,3;
n=0;
q=0,86;
u=1;
w=0 ([2], c. 281)
Поправочныйкоэффициент Кр представляет собой произведение ряда коэффициентов (Kp= Kmp*Kφp*Kyp*Kλp* Krp) учитывающих фактическиеусловия резания. Численные значения этих коэффициентов принимаем по таблице [2],табл. 23, стр. 275:
/>;
Kφp=1,0;
Kyp=1,1;
Kλp=1,0
Krp=0,87.
Kp= 1*1*1,1*1* 0,87=0,957
В результатерасчета получаем:/>
Определим мощность резания:
/>Определение основного времени:
/>
Своднаятаблица режимов резания Операция t, мм S, мм/об V, м/мин n, об/мин
010 вертикально-фрезерная:
1 фрезеровать плоскость 3,4
2 фрезеровать плоскость 9,10
3 фрезеровать плоскость 5,6 12 0,08 64,68 200
015 Горизонтально – фрезерная:
Разрезать на 2 части (шатун + крышка) 10 0,08 78,2 500
030 Фрезерная с ЧПУ:
1. Фрезеровать плоскость
2. Сверлить 4 отверстия
3. Зенкеровать 4 отверстия
4. Развернуть 4 отверстия
0,5
13
2
0,033
0,09
0,32
0,8–1
1,2
64,68
40,82
47,1
47,15
200
500
500
500
060 Вертикально-фрезерная:
1. Фрезерование чистовое 3 0,08 64,68 200
065Координатно-расточная:
1 точить поверхность 1
2 точить поверхность 2
7
3
0,25
0,25
189
189
500
500
080 Вертикально-сверлильная:
1. Сверлить 2 отверстия
2. Нарезание резьбы
5
0,25
0,32
0,6–0,8
15,7
8,2
500
200
090 Горизонтально-расточная:
1. Сверление
2. Зенкерование
3. Развертывание
5
1
0,015
0,32
0,8–1
1,2
18,84
18,84
18,84
500
500
500
8. Техническоенормирование
8.1 Расчетнормы времени на вертикально – фрезерную операцию 010 (фрезерование плоскости)
В серийномпроизводстве определяется норма штучно-калькуляционного времени Tш-к:
Tш-к= Tп-з/n+ Tшт,
Где Тпз– подготовительно – заключительное время;
n – количество деталей в настроечнойпартии, n=225,33шт.;
Тшт– штучное время на операцию;
Определяем составподготовительно-заключительного времени: наладка станка, инструмента приустановке детали на столе фрезерного станка‑5 мин; получение инструментаи приспособлений до начала и сдача после окончания обработки – 10 мин:
Tп-з= 5+10=15 мин.
В серийномпроизводстве норма штучного времени определяется по формуле:
Тшт=То+Тв+Тоб+Тот=Топ+Тоб+Тот,
Где То– основное время, мин;
Тввспомогательное время, мин;
Тоб– время обслуживания рабочего места, мин;
Тот– время отдыха, мин;
Топ– оперативное время, мин.
Основноевремя мы определяли при расчете режимов резания:
То=1,25•4=5 мин,т. к. идет фрезерование четырех поверхностей
Вспомогательноевремя определяется по формуле:
Тв=Ту.с+Тз.о+Туп+Тиз,Где Ту.с – время на установку иснятие детали ([I], c. 197);
Тзо– время на закрепление, открепление детали;
Ту.с+Тзо=0,148 мин;
Туп – Время на приемы управления:включить, выключить станок кнопкой ([1], прил. 5.9);
Туп=0,04 мин;
Тиз – время на измерение ([1], прил.5.17);
Tиз. =0,18 мин;
Поправочный коэффициент на вспомогательноевремя при серийном производстве равен 1,85.
В результате расчетов получаем величинувспомогательного времени, равную:
Tв =(0,148+0,04+0,18) 1,85=0,72 мин.
Оперативное время определяется по формуле: ([1],с. 102)
Топ=То+Тв
Tоп =5+0,72=5,72 ин.
Время на обслуживание рабочего места и отдыхсоставляет 6% от оперативного времени: Tоб.от. =5,7*6/100=0,342 мин.
В результатерасчетов получили норму штучного времени:
Тшт=5+0,72+0,342=6,062 мин
В результатерасчетов получили норму штучно-калькуляционного времени:
Тшт.к.=Тпз/n+Тшт=15/225,33+(5+0,72+0,342)=6,128 мин
8.2 Расчетнормы времени на координатно-расточную операцию 065 (растачивание отверстий)
В серийномпроизводстве определяется норма штучно-калькуляционного времени Tш-к:
Tш-к= Tп-з/n+ Tшт,
Где Тпз– подготовительно – заключительное время;
n – количество деталей внастроечной партии, n=225,33 шт.;
Тшт– штучное время на операцию;
Определяем составподготовительно-заключительного времени: наладка станка, инструмента приустановке детали на столе координатно-расточного станка‑5 мин;получение инструмента и приспособлений до начала и сдача после окончанияобработки – 10 мин:
Tп-з= 5+10=15 мин.
В серийномпроизводстве норма штучного времени определяется по формуле:
Тшт=То+Тв+Тоб+Тот=Топ+Тоб+Тот,
Где То– основное время, мин;
Тввспомогательное время, мин;
Тоб– время обслуживания рабочего места, мин;
Тот– время отдыха, мин;
Топ– оперативное время, мин.
Основноевремя мы определяли при расчете режимов резания:
То1=2,5 мин(обработка отверстия n120 мм);
То2=5 мин(обработка отверстия n202 мм);
То=То1+То2=2,5+5=7,5 мин;
Вспомогательноевремя определяется по формуле:
Тв=Ту.с+Тз.о+Туп+Тиз,Где Ту.с – время на установку иснятие детали ([I], c. 197);
Тзо– время на закрепление, открепление детали;
Ту.с+Тзо=0,148 мин;
Туп – Время на приемы управления:включить, выключить станок кнопкой ([1], прил. 5.9);
Туп=0,05 мин;
Тиз – время на измерение ([1], прил.5.17);
Tиз. =0,18 мин;
Поправочный коэффициент на вспомогательноевремя при серийном производстве равен 1,85.
В результате расчетов получаем величинувспомогательного времени, равную:
Tв =(0,148+0,05+0,18) 1,85=0,592 мин.
Оперативное время определяется по формуле: ([1],с. 102)
Топ=То+Тв
Tоп =7,5+0,592=8,092 мин.
Время на обслуживание рабочего места и отдыхсоставляет 6% от оперативного времени: Tоб.от. =8,092*6/100=0,49 мин.
В результатерасчетов получили норму штучного времени:
Тшт=7,5+0,592+0,49=8,58 мин;
В результатерасчетов получили норму штучно-калькуляционного времени:
Тшт.к.=Тпз/n+Тшт=15/225,33+(7,5+0,592+0,49)=8,65 мин
Своднаятаблица технических норм времени по операциям, мин.Операция
Tо
Тв
Tоп
T.об.от.
Tшт
Tп-з
Tш-к
Тус+Тзо
Туп
Тиз 010 вертикально-фрезерная 5 0,148 0,04 0,18 5,72 0,342 6,062 15 6,128 065 координатно-расточная 7,5 0,148 0,05 0,18 8,09 0,49 8,58 15 8,65
9.Размерный анализ
Размерный анализ технологического процессаосуществляется по следующей методике: [6]
1. Определяют фактическое поле рассеяниязамыкающего звена по формуле:
2.
/>,
где /> – количествосоставляющих звеньев, /> – поле рассеяния(допуск) i‑того звена.
3. Определяют средний размер замыкающегозвена – конструкторского размера и средние размеры всех составляющих размеров />, за исключениемопределяемого звена можно рассчитать по формуле:
4.
/>;
Для замыкающего звена – припуска исходныйразмер определяют по формуле:
/>,
где /> – минимальныйприпуск, определяется по формуле />
/> – шероховатость поверхности, /> –толщина дефектного слоя, оставшиеся от предыдущей обработки
/> – максимальный припуск, определяется по формуле />
5. Средний размер определяемого звена:
/>
6. Номинальный размер определяемого звена:
/>
7. Запас по допуску замыкающего звена:
/>;
Произведём размерный анализ притирочнойоперации №65
Схема расчётной цепи
/>/>/>/> /> /> /> /> /> /> /> /> />/>
/>
/>/>/>/> />/>
Z165 – припуск;
А115 – размер напредыдущей операции;
А165=А1 – конструкторскийразмер;
Цепь: />
А1min=119,954 мм;
А1max=120 мм;
А1min15=118,82 мм;
А1max15=119,32 мм;
Z165 – замыкающее звено;
А115 – уменьшающее звено;
А165=А1-увеличивающеезвено;
1. Определяем фактическое поле рассеяниязамыкающего звена: />
2. Средний размер составляющих звеньев:
· />
· />
3. Фактический средний размер замыкающего звена
/>
4. Находим номинальный размер определяемого(искомого) звена:
Для припуска номинальным размером являетсяминимум.
/>
/>
5. Запас по допуску замыкающего звена />
/>. Т.к. v=0, то коррекция номинального размера не производится.
Конструкторскаячасть
1.Проектирование и расчет конструкции станочного приспособления
1.1Описание конструкции и принципа работы приспособления
Станочноеприспособление для фрезерования лысок. Приспособление применяется на фрезерныхоперациях. Приспособление состоит из корпуса, к корпусу крепятся опора, призма,установ. Обрабатываемая деталь устанавливается на опору и призму, зажимаетсяприжимом. По установу, прикрепленному к корпусу, настраивается рабочийинстремент на выполнение размеров />и />. На эти размеры и влияетточность приспособления.
Расчет конструкции станочного приспособления наточность.
1) Расчет на точность размера />.
Точность обработки будет соответствоватьточности получаемых на данной операции размеров, если будет выполнено условие:
D £ d=2
где D – суммарнаяпогрешность обработки, мкм.;
d – допуск на обрабатываемый размер, мкм.
/>,
где e – погрешностьустановки детали в приспособлении;
DН – погрешностинастройки на размер;
DОБР – точностьметода обработки.
/>,
где eб – погрешность базирования;
eЗ – погрешностьзакрепления;
eПР – точностьприспособления;
eб = 0, так как установочная и технологическая базы совмещены;
eЗ = 0, так как. направление сил зажима направлено перпендикулярновыполняемого размера.
eПР = />
– погрешности изготовления деталейприспособления />=0,03(Определяется перпендикулярностью поверхности установа и боковой плоскостью);
– погрешности установки приспособления настанке dУ = 20 мкм.;
– погрешности износа деталейприспособления, ввиду недостатка статистических данных dИ = 0.
eПР = /> мкм.
Суммарная погрешность установки детали вприспособлении:
/>
/>
/>=0,4 – поставлена на чертеже;
/> =0,006 – при толщине щупа 0,5 мм;
/> =0,02 – определяется настройкой рабочим фрезы на размерпо установу с помощью щупа;
/>
DОБР = К2* w
– К2 = 0,5 при выполненииразмеров выше 7-го квалитета;
– средняя экономическая точность обработкиw = 160 мкм.
DОБР = 0,5*160 = 80мкм.
Суммарная погрешность обработки:
/>
Заданная точность обработки будет обеспечена, т. к.D
2) Расчет на точность размера />.
Точность обработки будет соответствоватьточности получаемых на данной операции размеров, если будет выполнено условие:
D £ d=0,4
где D – суммарнаяпогрешность обработки, мкм.;
d – допуск на обрабатываемый размер, мкм.
/>,
где e – погрешностьустановки детали в приспособлении;
DН – погрешностинастройки на размер;
DОБР – точностьметода обработки.
/>,
где eб – погрешность базирования;
eЗ – погрешностьзакрепления;
eПР – точностьприспособления;
eб = 0,06 мм – допук на кольцо в наборе фрез;
eЗ = 0, так как. направление сил зажима направлено перпендикулярновыполняемого размера.
eПР = />
– погрешности изготовления деталейприспособления />=0,03(Определяется перпендикулярностью поверхности установа и боковой плоскостью);
– погрешности установки приспособления настанке dУ = 20 мкм.;
– погрешности износа деталейприспособления, ввиду недостатка статистических данных dИ = 0.
eПР = /> мкм.
Суммарная погрешность установки детали вприспособлении:
/>
/>
/>=0,03 – поставлена на чертеже;
/> =0,006 – при толщине щупа 0,5 мм;
/> =0,02 – определяется настройкой рабочим фрезы на размерпо установу с помощью щупа;
/>
DОБР = К2* w
– К2 = 0,5 при выполненииразмеров выше 7‑го квалитета;
– средняя экономическая точность обработкиw = 160 мкм.
DОБР = 0,5*160 = 80мкм.
Суммарная погрешность обработки:
/>
Заданная точность обработки будет обеспечена, т. к.D
2 Описание конструкциии принципа работы контрольного приспособления
Контрольное приспособление-калибр,предназначенная для контроля диаметра вала и фрезерованных лысок. Состоит изкорпуса и двух планок. Планки крепятся на корпусе. Отверстием в корпусеконтролируется диаметр вала на котором лыски, а планками расстояние междулысками.
3 Описание конструкциирежущего инструмента
Дисковаяфреза изготовлена из быстрорежущей стали. Количество зубов‑60. Двеодинаковые фрезы устанавливаются на определенном расстоянии друг от друга.Расстояние определяется толщиной кольца, которое ставится между фрезами. Такимобразом обрабатываются обе лыски одновременно.
Исследовательскаячасть
Оптимизация процесса шлифования профиляроторов одновинтовых насосов
Рассмотрен системный подход к управлениюпроцессом финишного шлифования роторов одновинтовых насосов, заключающийся впредварительном проектировании технологических переходов (исходя из условийобеспечения максимальной производительности обработки) и последующемрегулировании этого процесса (с учетом индивидуальных особенностейобрабатываемых роторов). Дана методика и приведены результаты проектированиятехнологических переходов шлифования.
Процесс шлифования рабочего профиля ротороводновинтовых насосов протекает в условиях нестабильной температуры помещения,переменной температуры узлов шлифовального станка и непостоянстватеплосодержания заготовок. Нестабильность температуры приводит к изменениютемпературных деформаций технологической системы шлифования, что отрицательносказывается на точности обработки профиля. Эта точность обусловленаиндивидуальными особенностями обрабатываемых заготовок и изменениемтемпературных условий шлифования.
Сущность предлагаемого способа управлениястабильностью шлифования заключается в использовании системного подхода куправлению: на первом этапе выполняется расчет оптимальных режимов ипроектирование управляющей программы для системы ЧПУ станка, на втором –регулирование режимов шлифования (скорости детали) с учетом индивидуальныхособенностей (случайных факторов) обрабатываемых деталей, на третьем –компенсация оставшейся погрешности. Причем все три перечисленных этапауправления осуществляются исходя из обеспечения стабильности температурногоудлинения обрабатываемых роторов (ТУР) при максимальной производительностиобработки. Отличительной особенностью описанного способа является использованиеединой математической модели ТУР на всех этапах управления, причем каждыйпоследующий этап предназначается для компенсации погрешности, оставшейся отпредыдущего этапа. Применение данного системного подхода позволяет всестороннеиспользовать технологические резервы увеличения производительности и точностиобработки профиля роторов.
Для этого на этапе проектирования производятоптимизацию распределения припуска на технологические переходы шлифования покритерию максимальной производительности обработки при обеспечении качества иточности обработки, эта задача решалась некомплексно. Например, в работе [1]решена задача распределения припуска на технологические переходы шлифования,исходя из следующего условия: глубина образуемого при шлифовании дефектногослоя равна величине оставшегося припуска. Однако в указанной работе нерассматривалась задача проектирования технологических переходов прецизионногофинишного шлифования, исходя из обеспечения максимальной производительности притребуемой точности обработки с учетом возможного образования при шлифованиидефектного слоя.
В работе [2] решается задача стабилизациинакопленной погрешности шага резьбы при финишном многопроходном шлифовании.Однако этап проектирования технологических переходов в этой работе нерассмотрен и, следовательно, не использованы технологические резервы увеличенияпроизводительности обработки путем выбора глубины шлифования.
/>
Рис. 1. Изменение температурного удлиненияроторов l по мере съема припуска за n технологическихпереходов при различной производительности обработки (1, 2, 3,4 – номера обрабатываемых роторов)
На рис. 1 приведены графики изменения ТУРпо мере съема одного и того же припуска Z = 0,3 мм сразличной интенсивностью шлифования при величине настройки коррекционнойлинейки /> мкм. Кривые 1 и 4на рис. 1 соответствуют низко‑и высокопроизводительным режимам.
обработки, а кривые 2–3характерны для режимов со средней производительностью. Привысокопроизводительной обработке (кривая 4) припуск удаляется за2–3 технологических перехода, а при низкопроизводительной (кривая 1) –за 5–8 переходов. Высоко- и низкопроизводительные режимы являются двумякрайностями, обусловливающими, с одной стороны, снижение размерной стойкостишлифовального круга и появление шлифовочных дефектов (кривая 4) привысокой производительности, а, с другой стороны, – быстрое затуплениешлифовального круга при низкой производительности (кривая 1). Последнееобусловливается уменьшением коэффициента />(/> – соответственнотолщина среза одним зерном и радиус его закругления) до уровня, при которомбольшая часть энергии резания превращается в тепло. Следовательно, оптимальнымиявляются режимы шлифования, которым соответствует зона между кривыми 2 и3 на рис. 1. Выбор режимов финишного шлифования осуществляется наоснове расчета распределения припуска по переходам в соответствии со следующимкритерием: величина ТУР к началу последнего технологического перехода должнабыть равна величине коррекции />, внесенной в ходовой винтстанка. В соответствии с этим критерием разработана методика расчета распределенияприпуска по технологическим переходам шлифования. Анализ позволил установить,что системный подход к управлению процессом шлифования прецизионных ротороводновинтовых насосов заключается в предварительном автоматизированномпроектировании технологической и управляющей программы для станков с ЧПУ ипоследующем автоматизированном регулировании процесса, причем указанные этапыуправления шлифованием (проектирование и регулирование) имеют единоетехнологическое и математическое обеспечение. Величина коррекции шага />,внесенная в настройку ходового винта шлифовального станка, предопределяетпроизводительность процесса. С увеличением />уменьшается числотехнологических переходов финишного шлифования. Для увеличенияпроизводительности финишного прецизионного шлифования необходимо на предыдущейоперации шлифования формировать положительную накопленную погрешность шагаротора, величина которой не должна превосходить />.
Списокиспользованных источников
1. А.Ф. Горбацевич,В.А. Шкред. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: Высшаяшкола, 1983 г.
2. Справочниктехнолога – машиностроителя. 1 том. Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова.– М.: Машиностроение, 1985.
3. Справочниктехнолога – машиностроителя. 2 том. Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова.– М.: Машиностроение, 1985.
4. Е.М. Левенсон.Конструирование измерительных приспособлений и инструментов в машиностроении. –М.: МАШГИЗ, 1956.
5. Общемашиностроительныенормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущихстанках. Часть 1. Токарные станки.
6. А.В. Перминов. –Размерный анализ технологических процессов на ЭВМ: Часть 1. Основы размерногоанализа: учеб. пособие. 2007 год.
7. Ю.Н. Иванкин.Методические указания. Курсовое проектирование по курсу ТМС: ПГТУ, кафедра ТМС,2002.