Курсовая работа: Разработка технологического процесса детали "Шатун"

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Пермский Государственный Технический Университет

Расчётно-пояснительная записка

к курсовому проекту по ТМС

Пермь 2008 г.

Содержание

Введение

Технологическая часть

1 Служебное назначение и конструкторско-технологическая характеристика детали

1.1 Служебное назначение детали

1.2 Условия работы

1.3 Назначение поверхностей

1.4 Вывод о важности конструкции детали

1.5 Химический состав и механические свойства заготовки

1.6 Технологический контроль чертежа детали

1.7 Технологический анализ конструкции детали

1.8 Определение показателей технологичности

2. Определение типа производства

3. Технико-экономическое обоснование способа получения исходной заготовки

4. Анализ существующего технологического процесса и предлагаемые 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. Проектирование и расчет конструкции станочного приспособления

2. Проектирование и расчет контрольного приспособления

3. Описание конструкции режущего инструмента

Исследовательская часть

Введени е

Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов. Ведущее место в дальнейшем росте экономики страны принадлежит отраслям машиностроения, которые обеспечивают материальную основу технического прогресса всех отраслей народного хозяйства. В настоящее время в связи с развитием электроники создается и широко вводится в промышленность автоматическое оборудование с системой числового программного управления. Создаются новые высокопроизводительные и высокоточные машины, основанные на достижениях науки. Это оборудование позволяет производить продукцию высокого качества при ее низкой себестоимости. Разработка новых синтетических сверхтвердых инструментальных материалов позволило расширить не только диапазон режимов резания, но и спектр обрабатываемых материалов.

В настоящее время в машиностроении на первое место стали выходить такие понятия, как производительность и себестоимость. На решение этих главных задач направленно применение прогрессивных высокопроизводительных методов обработки, обеспечивающих высокую точность и качество поверхности деталей машин, повышение полноты использования минерального сырья и увеличение извлечения из него полезных составляющих, сокращение отходов и потерь металлоконструкций за счёт замены технологических процессов, основанных на резании металла на экономичные методы формообразования.

На сегодняшний день перед технологами-машиностроителями стоят задачи дальнейшего повышения качества машин, снижение трудоемкости, себестоимости и материалоемкости их изготовления, механизация и автоматизация производства, а также сокращение сроков подготовки производства новых объектов. Технический процесс в машиностроении характеризуется не только улучшением конструкций машин, но и непрерывным совершенствовании технологии их сборки. Важно качественно, дешево и в заданные сроки с минимальными затратами живого и овеществленного труда изготовить машину, применив высокопроизводительное оборудование, технологическую оснастку, средства механизации и автоматизации производства. От принятой технологии производства во многом зависит надежность работы выпускаемых машин, а также экономика их эксплуатации. Совершенствование технологии машиностроения определяется потребностями производства необходимых обществу машин.

Целью данного курсового проекта является разработка оптимального технологического процесса изготовления детали.

Технологическая часть

1. Служебное назначение и конструкторско-технологическая характеристика детали

1.1 Служебное назначение детали

Деталь типа шатун является звеном шатунно-кривошипного механизма плунжерного насоса, который предназначен для откачки нефти. Шатун предназначен для передачи силы от поршня и преобразования его возвратно – поступательного во вращательное движение коленчатого вала двигателя.

1.2 Условия работы

При работе шатуны подвержены действию значительных знакопеременных рабочих нагрузок и сил инерции. Для этого шатун должен обладать достаточной прочностью и жесткостью при наименьшей возможной массе.

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 валом и фиксируются штифтами (отверстия 4).

1.4 Вывод о важности конструкции детали

Все элементы имеют определенные функции и отказ от каких-либо элементов недопустим, т. к. это приводит к ухудшению или даже к полной потере работоспособности механизма.

1.5 Химический состав и механические свойства заготовки

Таблица 1.1. Химический состав стали 35Л (ГОСТ 977–88), %

Таблица 1.2 Механические свойства стали 38Л

Материал сталь 35Л подходит для требуемых условий работы.

1.6 Технический контроль чертежа детали

1) На чертеже нанесены все размеры и классы шероховатости, необходимые для изготовления детали;

2) Дополнительных операций для получения указанных на чертеже шероховатостей поверхностей не потребуется;

3) Допускаемые отклонения от правильных геометрических форм связаны со служебным назначением детали;

4) Допускаемые пространственные отклонения технологических трудностей не вызывают;

5) Все необходимые для изготовления детали проекции, размеры и сечения приведены на чертеже детали;

6) Чертеж также содержит сведения о массе детали и заготовки, о материале детали;

1.7 Технологический анализ конструкции детали

1) На основании изучения условий работы шатуна, а также его конструкции не целесообразно применять сварную или армированную заготовку. Назначение детали не позволяет упростить деталь, заменить материал на более дешевый или легкообрабатываемый;

2) Конструкция шатуна позволяет применить высокопроизводительные методы обработки, в частности применение станков с ЧПУ;

3) Шатун имеет труднодоступное для обработки отверстие для фиксации вкладыша, т.е. необходимо дополнительное приспособление для обработки;

4) При обработке большинства размеров возможно совмещение конструкторской и измерительной базы;

5) К детали предъявлены высокие требования по точности и шероховатости, т.е. обработку необходимо производить на оборудовании повышенной точности;

6) Все размеры на чертеже допускают измерение специальным и универсальным измерительным инструментом;

7) В качестве баз используется поверхность разъема шатуна с крышкой и отверстия повышенной точности в шатуне, введение искусственных баз необязательно;

8) Обработку необходимо производить на оборудовании повышенной точности, т. к. наличие высоких требований к отдельным поверхностям;

9) Заготовка: отливка;

10) Покрытие необработанных поверхностей – грунтовка ГФ – 0119 ГОСТ 23343–78.

В целом конструкция достаточно технологична и её изготовление возможно.

1.8 Определение показателей технологичности

- Коэффициент точности

Т_ср =94/11=8,5

К_тч =1–1/ Т_ср =1–1/8,5=0,88

- Коэффициент шероховатости

Ш_ср =128,5/24=5,35

К_ш =1/ Ш_ср =1/5,35=0,187

Чертеж детали в результате технологического контроля оставлен без изменений, поэтому уровень технологичности как сравнительный анализ по использованию материала, точности обработки, шероховатости и технологической себестоимости равен единице.

2. Определение типа производства

Режим работы предприятия 2 смены в сутки

Годовая программа N=1000 шт.

Действительный годовой фонд времени работы оборудования F_д =4029

Такт выпуска t=60* F_д /N=241,74 (мин)

Данные по существующему (аналогичному) заводскому технологическому процессу или по укрупненному нормированию операций сводим в таблицу 2:

Таблица 2:

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 предпочтение следует отдавать той заготовке, которая обеспечивает меньшую технологическую себестоимость детали. Если же сопоставимые варианты по технологической себестоимости равноценны, то предпочтительным следует считать вариант заготовки с более высоким К_им .

Материал детали 35Л

Масса детали q=71,3 (кг)

Годовая программа N=1000 (шт.)

Такт выпуска t_в =241,74 (мин)

Производство мелкосерийное

Данные для расчетов стоимости заготовки по вариантам сведены в таблицу 3:

Таблица 3:

Стоимость отливки в оболочковые формы определяем по формуле:

S_заг =(С_i /1000•Q•k_т •k_с •k_в •k_м •k_п ) – (Q-q)•S_отх /1000 ([1], с. 31);

Исходные данные для расчета ([1]):

С_i =240 руб. ([1], с. 31) – базовая стоимость 1 т. заготовок;

Q=73,8 кг – масса заготовки;

k_т =1,1 ([1], стр. 33) – коэффициент точности;

k_с =1 ([1], стр. 34) – коэффициент сложности;

k_в =0,85 ([1], табл. 2.8) – коэффициент веса;

k_м =1,22 ([1], табл. 2.8) – коэффициент марки материала;

k_п =1 ([1], табл. 2.8) – коэффициент объема производства;

q – масса детали, q=71,3 кг

S_отх =27 руб. ([1], табл. 2.7) – цена 1т. отходов;

В результате расчета получаем стоимость заготовки (S_заг ):

S_заг =(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:

S_заг =(С_i /1000•Q•k_т •k_с •k_в •k_м •k_п ) – (Q-q)•S_отх /1000 ([1], с. 31);

Исходные данные для расчета ([1]):

С_i =240 руб. ([1], с. 31) – базовая стоимость 1 т. заготовок;

Q=75,6 кг – масса заготовки;

k_т =1,1 ([1], стр. 33) – коэффициент точности;

k_с =1 ([1], стр. 34) – коэффициент сложности;

k_в =0,85 ([1], табл. 2.8) – коэффициент веса;

k_м =1,22 ([1], табл. 2.8) – коэффициент марки материала;

k_п =1 ([1], табл. 2.8) – коэффициент объема производства;

q – масса детали, q=71,3 кг;

S_отх =27 руб. ([1], табл. 2.7) – цена 1т. отходов;

В результате расчета получаем стоимость заготовки (S_заг ):

S_заг =(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 (в кокиль), (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=444 коп.

Вывод: Сравнивая варианты способов получения исходных заготовок по минимуму приведенных затрат, предпочтение следует отдать литью в оболочковые формы, что приведет к большей экономии металла. Этот вариант следует принять к подробной разработке. Экономический эффект Э=444 коп.

4. Расчет количества деталей в партии

N=1000 шт.;

Т_шт-к.ср =1,69 мин;

Периодичность запуска – выпуска изделий а=3 дня;

Число рабочих дней в году F=254 дня; Количество деталей в партии определяем по 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 по формуле:

С_расч =Т_{шт-к ср} •n/(476•0,8);

В результате расчета получаем:

С=1,69•11,8/(476•0,8)=0,25 смен;

Принимаем количество смен: С_пр =1;

Расчетное количество деталей в партии определяем по формуле:

N_расч =476•0,8•C_пр /T_{шт-к ср} ;

В результате расчета получаем:

N_расч =476•0,8•1/1,69=225,33.

5. Анализ существующего технологического процесса и предлагаемые варианты его изменения

Технологический процесс механической обработки детали определяется следующими факторами: материалом изготавливаемой детали, конструкцией детали, требуемым качеством обработки и поверхностей детали, методом получения исходной заготовки, годовым объёмом выпуска изделия, а также условиями производства данной детали.

В результате проверки чертежа детали на технологичность и технологического контроля чертежа детали было установлено, что элементы конструкции детали не могут быть упрощены без ущерба служебному назначению; допуски на поверхности соответствуют заданной шероховатости, то есть, нет необходимости изменять конструкцию и размеры детали, а также нет необходимости в дополнительных операциях для выполнения технических требований.

Выбран технологический процесс изготовления детали типа шатун. Технологический процесс изготовления детали составлен грамотно. Для каждой операции подобраны: необходимое оборудование, режущий и мерительный инструмент, приспособления и оснастка, которые обеспечивают, заданные конструктором, точность размеров, точность геометрических форм и расположения поверхностей.

Оборудование и режущий инструмент подбирались по следующим критериям:

1. Наличие на производстве.

2. Обеспечение технологических параметров и режимов обработки.

При выборе баз руководствовались следующими соображениями:

1. За базы принимать наиболее точные поверхности.

2. Возможность закрепления на станке.

3. Возможность и удобство обработки детали.

Назначенный мерительный инструмент позволяет с необходимой точностью проводить измерения в указанных местах.

Существует соответствие между назначенными допусками на размеры и шероховатостью поверхностей.

Маршрут обработки по базовому технологическому 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 технологического процесса:

· Слабо механизирована слесарная операция;

· Высокая себестоимость обработки операции 090;

Принимаем следующие изменения:

1. Переводим горизонтально-расточную операцию с ЧПУ 090, на сверлильную с дальнейшим проектированием приспособления, вследствие чего уменьшается себестоимость обработки;

2. На слесарной операции применяем шлифовальные машинки, тем самым повышая уровень механизации;

6. Расчет припусков

6.1 Расчет припусков и предельных размеров по технологическим переходам на обработку поверхности Æ120 Н7^(+0,046) (поверхность 1)

Расчет операционных припусков записываем в таблицу 4.

Таблица 4:

Рассчитываем пространственные отклонения по формуле:

р=р_кор +р_см ([1], табл. 4.7);

р_см =d=3200 мкм;

р_кор =Δ_к •L,

где Δ_к – удельная кривизна заготовки, Δ_к =1 ([1], табл. 4.8);

L – общая длина заготовки, L=756;

р_кор =1•756=756 мкм;

В результате расчета получаем величину пространственных отклонений:

р_заг =756+3200=3956 мкм;

р_{ток.чист} =р_заг •0,06=3956•0,06=237,36 мкм;

р_{ток.тонк} =р_заг •0,04=3956•0,04=158,24 мкм;

Расчетный припуск 2 Z _min рассчитываем по формуле: ([1], с. 85);

2Zmin=2•(Rzi‑1+Ti‑1+ri‑1)

2Zminток. чист=2•(50+200+3956)=2•4206 мкм

2Zmin ток. тонкая=2•(30+50+237)=2•317 мкм

Расчетные диаметры:

D_{ток.чист} =119,954 – (2•317)/1000=119,954–0,634=119,32 мм

Dр_заг =119,32 – (2•4206)/1000=119,32–8,412=111 мм

Т.к ведем расчет припусков внутреннего отверстия, то расчетный размер равен наибольшему предельному размеру:

D_р =D_max

Наименьшие предельные диаметры:

D_min = D_max -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

Предельные значения припусков: ( [ 1 ] , с. 86);

Общий номинальный припуск:

Z=(d_max -d_min )/2=(111–107,8)/2=3,6/2=1,6

dзаг.ном=107,8+1,6=109,4 мм

Производим проверку правильности выполненных расчетов : ([1], с. 87)

Z_{i max} -Z_{i min} =d_i-1 -d_i

Чистовое фрезероваение:

11020–8320=3200–500

2700=2700

Тонкое точение:

1134–680=500–46

454=454

Расчеты произведены верно.

6.2 Расчет припусков и предельных размеров по технологическим переходам на обработку поверхности 103_-0,2 (поверхность 2)

Расчет операционных припусков записываем в таблицу 5.

Таблица 5:

Рассчитываем пространственные отклонения по формуле:

р=р_кор +р_см ([1], табл. 4.7);

р_см =d=3000 мкм;

р_кор =Δ_к •L,

где Δ_к – удельная кривизна заготовки, Δ_к =1 ([1], табл. 4.8);

L – общая длина заготовки, L=756;

р_кор =1•756=756 мкм;

В результате расчета получаем величину пространственных отклонений:

р_заг =756+3000=3756 мкм;

р_{фр.чист} =р_заг •0,06=3756•0,06=225,36 мкм;

Расчетный припуск Z _min рассчитываем по формуле: ([1], с. 85);

Zmin=(Rzi‑1+Ti‑1+ri‑1)

Zmin фр. чист=(50+200+3756)=4006 мкм

Расчетные размеры:

Н_Рзаг =103+4006/1000=103+4=107 мм

Т.к ведем расчет припусков плоскости, то расчетный размер равен наибольшему предельному размеру:

Н_р =Н_max

Наименьшие предельные размеры:

Н_min = Н_max -d

Нmaxзаг=107–3=104 мм

Предельные значения припусков: ([1], с. 86);

Общий номинальный припуск:

Z=(Н_max -Н_min )/2=(107–104)/2=3/2=15

Нзаг.ном=104+1,5=105,5 мм

Производим проверку правильности выполненных расчетов : ([1], с. 87)

Z_{i max} -Z_{i min} =d_i-1 -d_i

Чистовое фрезерование:

4000–1200=3000–200

2800=2800

Расчеты произведены верно.

Общие припуски:

Z_min =1200 мкм;

Z_max =4000 мкм.

Присвоение номеров поверхностей детали

Припуски и допуски на обрабатываемые поверхности детали по ГОСТ 7505–74

7. Расчет режимов резания

7.1 Расчет режимов резания на координатно-расточную операцию 065

Переход 1: Точить поверхность 1 в размер n120 Н7.

Обработка производится на координатно-расточном станке 2Е450

Глубина резания:

t=1,5 мм

Определяем подачу при чистовом растачивании, величина которой для обработки стали резцом с радиусом при вершине 0,4 мм при шероховатости обрабатываемой поверхности Rz 20 рекомендуется 0,25 мм/об.

S=0,25 мм/об.

Скорость резания определим по эмпирической формуле

V=C_v /(T^m *t^x *S^y ) *K_v ,

где C_v =420; m=0,20; x=0,15; y=0,2 ([2], табл. 17)

К_v =К_мv *К_{п v} *К_{и v}

К_мv – коэффициент учитывающий влияние материала определяется по формуле:

К_мv =К_г •(750/σ_в )ⁿ _v ([2], табл. 1, стр. 261);

Необходимые данные для определения К_му : ([2], табл. 2, стр. 262)

К_г =1;

N_v =1,75;

В результате расчета получаем:

К_му =1•(750/750)^1,75 =1

Поправочный коэффициент К_{п v} , учитывающий влияние состояния поверхности заготовки на скорость резания находим из источника ([2], табл. 5, стр. 263);

К_{п v} =0,8;

Поправочный коэффициент К_{и v} , учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания находим из источника ([2], табл. 6, стр. 263);

К_{и v} =1;

В результате расчета получаем:

К_v =1•0,8•1=0,8;

При одноинструментальной обработке стойкость инструмента (Т) принимаем равной 60 минут: Т=60 мин;

В результате расчета получаем скорость резания:

Найденное n корректируем по паспорту n=500 об/мин

Находим фактическую скорость резания:

Силу резания определяем по формуле:

P_z =10С_p t^x s^y Vⁿ K_p

Постоянную С_р и показатели степени х, у, n для расчетных условий обработки для каждой из составляющих силы резания приведены в источнике [2], табл. 22, стр. 273;

С_р =300;

х=1,0;

у=0,75;

n=-0,15;

Поправочный коэффициент К_р представляет собой произведение ряда коэффициентов (K_p = K_mp *K_φp *K_yp *K_λp * K_rp ) учитывающих фактические условия резания. Численные значения этих коэффициентов принимаем по таблице [2], табл. 23, стр. 275:= 1,16*1*1*1*0,93=1,08

;

K_φp =1,0;

K_yp =1,1;

K_λp =1,0

K_rp =0,87.

K_p = 1*1*1,1*1* 0,87=0,957

В результате расчета получим силу резания:

P_z =10•300•1,5¹ •0,25^0,75 •189^-0,15 •0,957=203628,19Н

Мощность резания определяем по формуле:

Рассчитаем основное время:

.

L=103 мм.

Переход 2: Точить поверхность 2 в размер n202 Н6.

Обработка производится на координатно-расточном станке 2Е450

Глубина резания:

t=1,5 мм

Определяем подачу при чистовом растачивании, величина которой для обработки стали резцом с радиусом при вершине 0,4 мм при шероховатости обрабатываемой поверхности Rz 20 рекомендуется 0,25 мм/об.

S=0,25 мм/об.

Скорость резания определим по эмпирической формуле

V=C_v /(T^m *t^x *S^y ) *K_v ,

где C_v =420; m=0,20; x=0,15; y=0,2 ([2], табл. 17)

К_v =К_мv *К_{п v} *К_{и v}

К_мv – коэффициент учитывающий влияние материала определяется по формуле:

К_мv =К_г •(750/σ_в )ⁿ _v ([2], табл. 1, стр. 261);

Необходимые данные для определения К_му : ([2], табл. 2, стр. 262)

К_г =1;

N_v =1,75;

В результате расчета получаем:

К_му =1•(750/750)^1,75 =1

Поправочный коэффициент К_{п v} , учитывающий влияние состояния поверхности заготовки на скорость резания находим из источника ([2], табл. 5, стр. 263);

К_{п v} =0,8;

Поправочный коэффициент К_{и v} , учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания находим из источника ([2], табл. 6, стр. 263);

К_{и v} =1;

В результате расчета получаем:

К_v =1•0,8•1=0,8;

При одноинструментальной обработке стойкость инструмента (Т) принимаем равной 60 минут: Т=60 мин;

В результате расчета получаем скорость резания:

Найденное n корректируем по паспорту n=300 об/мин

Находим фактическую скорость резания:

Силу резания определяем по формуле:

P_z =10С_p t^x s^y Vⁿ K_p

Постоянную С_р и показатели степени х, у, n для расчетных условий обработки для каждой из составляющих силы резания приведены в источнике [2], табл. 22, стр. 273;

С_р =300;

х=1,0;

у=0,75;

n=-0,15;

Поправочный коэффициент К_р представляет собой произведение ряда коэффициентов (K_p = K_mp *K_φp *K_yp *K_λp * K_rp ) учитывающих фактические условия резания. Численные значения этих коэффициентов принимаем по таблице [2], табл. 23, стр. 275

;

K_φp =1,0;

K_yp =1,1;

K_λp =1,0

K_rp =0,87.

K_p = 1*1*1,1*1* 0,87=0,957

В результате расчета получим силу резания:

P_z =10•300•1,5¹ •0,25^0,75 •190^-0,15 •0,957=203628,19Н

Мощность резания определяем по формуле:

Рассчитаем основное время:

.

L=125 мм.

7.2 Расчет режимов резания на вертикально-фрезерную операцию 010

Фрезеровать плоскость 3 в размер 103_-0,2 .

Обработка производится на вертикально-фрезерном станке 65А80 Ф1.

Фреза ВК8 ГОСТ 17026–71

Глубина фрезерования:

t=12 мм

Подачу определяем исходя из глубины фрезерования и диаметра фрезы:

nфрезы=30 мм;

S(z)=0,08 мм/зуб ([2], табл. 36, cтр. 285);

Определение скорости резания определим по формуле: ([2], табл. 39, стр. 286)

Поправочные коэффициенты берем из таблицы [2], 38, стр. 286

где С_V =108;

q=0,2;

m=0,32;

y=0,30;

x=0,06;

u=0,2;

p=0;

z=60;

В=1,25;

Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания определяется по формуле:

К=К_{м v} •К_nv •К_{и v} ,

Где К_{м v} – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала ([2], табл. 1–4, стр. 280), К_{м v} =0,645;

К_nv -коэффициент учитывающий состояние поверхности заготовки ([2], табл. 5), К_nv =0,9;

К_{и v} – коэффициент, учитывающий материал инструмента ([2], табл. 6), К_{и v} =1;

В результате расчета получаем:

;

,

, по паспорту n_пр =200 об/мин

Силу резания определяем по формуле:

,

Постоянную С_р и показатели степени х, у, n для расчетных условий обработки для каждой из составляющих силы резания приведены в источнике [2], табл. 22, стр. 273;

С_р =92;

х=0,06;

у=0,3;

n=0;

q=0,86;

u=1;

w=0 ([2], c. 281)

Поправочный коэффициент К_р представляет собой произведение ряда коэффициентов (K_p = K_mp *K_φp *K_yp *K_λp * K_rp ) учитывающих фактические условия резания. Численные значения этих коэффициентов принимаем по таблице [2], табл. 23, стр. 275:

;

K_φp =1,0;

K_yp =1,1;

K_λp =1,0

K_rp =0,87.

K_p = 1*1*1,1*1* 0,87=0,957

В результате расчета получаем:

Определим мощность резания:

Определение основного времени:

Сводная таблица режимов резания

8. Техническое нормирование

8.1 Расчет нормы времени на вертикально – фрезерную операцию 010 (фрезерование плоскости)

В серийном производстве определяется норма штучно-калькуляционного времени T_ш-к :

T_ш-к = T_п-з /n+ T_шт ,

Где Т_пз – подготовительно – заключительное время;

n – количество деталей в настроечной партии, n=225,33 шт.;

Т_шт – штучное время на операцию;

Определяем состав подготовительно-заключительного времени: наладка станка, инструмента при установке детали на столе фрезерного станка‑5 мин; получение инструмента и приспособлений до начала и сдача после окончания обработки – 10 мин:

T_п-з = 5+10=15 мин.

В серийном производстве норма штучного времени определяется по формуле:

Т_шт =Т_о +Т_в +Т_об +Т_от =Т_оп +Т_об +Т_от ,

Где Т_о – основное время, мин;

Т_в вспомогательное время, мин;

Т_об – время обслуживания рабочего места, мин;

Т_от – время отдыха, мин;

Т_оп – оперативное время, мин.

Основное время мы определяли при расчете режимов резания:

Т_о =1,25•4=5 мин, т. к. идет фрезерование четырех поверхностей

Вспомогательное время определяется по формуле:

Т_в =Т_у.с +Т_з.о +Т_уп +Т_из ,

Где Т_у.с – время на установку и снятие детали ([I], c. 197);

Т_зо – время на закрепление, открепление детали;

Т_у.с + Т_зо =0,148 мин;

Т_уп – Время на приемы управления: включить, выключить станок кнопкой ([1], прил. 5.9);

Т_уп =0,04 мин;

Т_из – время на измерение ([1], прил. 5.17);

T_из. =0,18 мин;

Поправочный коэффициент на вспомогательное время при серийном производстве равен 1,85.

В результате расчетов получаем величину вспомогательного времени, равную:

T_в =(0,148+0,04+0,18) 1,85=0,72 мин.

Оперативное время определяется по формуле: ([1], с. 102)

Т_оп =Т_о +Т_в

T_оп =5+0,72=5,72 ин.

Время на обслуживание рабочего места и отдых составляет 6% от оперативного времени: T_об.от. =5,7*6/100=0,342 мин.

В результате расчетов получили норму штучного времени:

Т_шт =5+0,72+0,342=6,062 мин

В результате расчетов получили норму штучно-калькуляционного времени:

Т_шт.к. =Т_пз /n+Т_шт =15/225,33+(5+0,72+0,342)=6,128 мин

8.2 Расчет нормы времени на координатно-расточную операцию 065 (растачивание отверстий)

В серийном производстве определяется норма штучно-калькуляционного времени T_ш-к :

T_ш-к = T_п-з /n+ T_шт ,

Где Т_пз – подготовительно – заключительное время;

n – количество деталей в настроечной партии, n=225,33 шт.;

Т_шт – штучное время на операцию;

Определяем состав подготовительно-заключительного времени: наладка станка, инструмента при установке детали на столе координатно-расточного станка‑5 мин; получение инструмента и приспособлений до начала и сдача после окончания обработки – 10 мин:

T_п-з = 5+10=15 мин.

В серийном производстве норма штучного времени определяется по формуле:

Т_шт =Т_о +Т_в +Т_об +Т_от =Т_оп +Т_об +Т_от ,

Где Т_о – основное время, мин;

Т_в вспомогательное время, мин;

Т_об – время обслуживания рабочего места, мин;

Т_от – время отдыха, мин;

Т_оп – оперативное время, мин.

Основное время мы определяли при расчете режимов резания:

Т_о1 =2,5 мин (обработка отверстия n120 мм);

Т_о2 =5 мин (обработка отверстия n202 мм);

Т_о =Т_о1 +Т_о2 =2,5+5=7,5 мин;

Вспомогательное время определяется по формуле:

Т_в =Т_у.с +Т_з.о +Т_уп +Т_из ,

Где Т_у.с – время на установку и снятие детали ([I], c. 197);

Т_зо – время на закрепление, открепление детали;

Т_у.с + Т_зо =0,148 мин;

Т_уп – Время на приемы управления: включить, выключить станок кнопкой ([1], прил. 5.9);

Т_уп =0,05 мин;

Т_из – время на измерение ([1], прил. 5.17);

T_из. =0,18 мин;

Поправочный коэффициент на вспомогательное время при серийном производстве равен 1,85.

В результате расчетов получаем величину вспомогательного времени, равную:

T_в =(0,148+0,05+0,18) 1,85=0,592 мин.

Оперативное время определяется по формуле: ([1], с. 102)

Т_оп =Т_о +Т_в

T_оп =7,5+0,592=8,092 мин.

Время на обслуживание рабочего места и отдых составляет 6% от оперативного времени: T_об.от. =8,092*6/100=0,49 мин.

В результате расчетов получили норму штучного времени:

Т_шт =7,5+0,592+0,49=8,58 мин;

В результате расчетов получили норму штучно-калькуляционного времени:

Т_шт.к. =Т_пз /n+Т_шт =15/225,33+(7,5+0,592+0,49)=8,65 мин

Сводная таблица технических норм времени по операциям, мин.

9. Размерный анализ

Размерный анализ технологического процесса осуществляется по следующей методике: [6]

1. Определяют фактическое поле рассеяния замыкающего звена по формуле:

2.

,

где – количество составляющих звеньев, – поле рассеяния (допуск) i ‑того звена.

3. Определяют средний размер замыкающего звена – конструкторского размера и средние размеры всех составляющих размеров , за исключением определяемого звена можно рассчитать по формуле:

4.

;

Для замыкающего звена – припуска исходный размер определяют по формуле:

,

где – минимальный припуск, 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 притирочной операции №65

Схема расчётной цепи

Z₁ ⁶⁵ – припуск;

А₁ ¹⁵ – размер на предыдущей операции;

А₁ ⁶⁵ =А₁ – конструкторский размер;

Цепь:

А_{1 min} =119,954 мм;

А_{1 max} =120 мм;

А_{1 min} ¹⁵ =118,82 мм;

А_{1 max} ¹⁵ =119,32 мм;

Z₁ ⁶⁵ – замыкающее звено;

А₁ ¹⁵ – уменьшающее звено;

А₁ ⁶⁵ =А₁ -увеличивающее звено;

1. Определяем фактическое поле рассеяния замыкающего звена:

2. Средний размер составляющих звеньев:

·

·

3. Фактический средний размер замыкающего звена

4. Находим номинальный размер определяемого (искомого) звена:

Для припуска номинальным размером является минимум.

5. Запас по допуску замыкающего звена

. Т.к. v=0, то коррекция номинального размера не производится.

Конструкторская часть

1. Проектирование и расчет конструкции станочного приспособления

1.1 Описание конструкции и принципа работы приспособления

Станочное приспособление для фрезерования лысок. Приспособление применяется на фрезерных операциях. Приспособление состоит из корпуса, к корпусу крепятся опора, призма, установ. Обрабатываемая деталь устанавливается на опору и призму, зажимается прижимом. По установу, прикрепленному к корпусу, настраивается рабочий инстремент на выполнение размеров и . На эти размеры и влияет точность приспособления.

Расчет конструкции станочного приспособления на точность.

1) Расчет на точность размера .

Точность обработки будет соответствовать точности получаемых на данной операции размеров, если будет выполнено условие:

D£d=2

где D – суммарная погрешность обработки, мкм.;

d – допуск на обрабатываемый размер, мкм.

,

где e – погрешность установки детали в приспособлении;

D _Н – погрешности настройки на размер;

D _ОБР – точность метода обработки.

,

где e _б – погрешность базирования;

e _З – погрешность закрепления;

e _ПР – точность приспособления;

e _б = 0, так как установочная и технологическая базы совмещены;
e _З = 0, так как. направление сил зажима направлено перпендикулярно выполняемого размера.

e _ПР =

– погрешности изготовления деталей приспособления =0,03 (Определяется перпендикулярностью поверхности установа и боковой плоскостью);

– погрешности установки приспособления на станке d _У = 20 мкм.;

– погрешности износа деталей приспособления, ввиду недостатка статистических данных d _И = 0.

e _ПР = мкм.

Суммарная погрешность установки детали в приспособлении:

=0,4 – поставлена на чертеже;

=0,006 – при толщине щупа 0,5 мм;

=0,02 – определяется настройкой рабочим фрезы на размер по установу с помощью щупа;

D _ОБР = К₂ * w

– К₂ = 0,5 при выполнении размеров выше 7-го квалитета;

– средняя экономическая точность обработки w = 160 мкм.

D _ОБР = 0,5*160 = 80 мкм.

Суммарная погрешность обработки:

Заданная точность обработки будет обеспечена, т. к. D < d (156 мкм. < 2000 мкм.).

2) Расчет на точность размера .

Точность обработки будет соответствовать точности получаемых на данной операции размеров, если будет выполнено условие:

D£d=0,4

где D – суммарная погрешность обработки, мкм.;

d – допуск на обрабатываемый размер, мкм.

,

где e – погрешность установки детали в приспособлении;

D _Н – погрешности настройки на размер;

D _ОБР – точность метода обработки.

,

где e _б – погрешность базирования;

e _З – погрешность закрепления;

e _ПР – точность приспособления;

e _б = 0,06 мм – допук на кольцо в наборе фрез;
e _З = 0, так как. направление сил зажима направлено перпендикулярно выполняемого размера.

e _ПР =

– погрешности изготовления деталей приспособления =0,03 (Определяется перпендикулярностью поверхности установа и боковой плоскостью);

– погрешности установки приспособления на станке d _У = 20 мкм.;

– погрешности износа деталей приспособления, ввиду недостатка статистических данных d _И = 0.

e _ПР = мкм.

Суммарная погрешность установки детали в приспособлении:

=0,03 – поставлена на чертеже;

=0,006 – при толщине щупа 0,5 мм;

=0,02 – определяется настройкой рабочим фрезы на размер по установу с помощью щупа;

D _ОБР = К₂ * w

– К₂ = 0,5 при выполнении размеров выше 7‑го квалитета;

– средняя экономическая точность обработки w = 160 мкм.

D _ОБР = 0,5*160 = 80 мкм.

Суммарная погрешность обработки:

Заданная точность обработки будет обеспечена, т. к. D < d (190 мкм. < 400 мкм.).

2 Описание конструкции и принципа работы контрольного приспособления

Контрольное приспособление-калибр, предназначенная для контроля диаметра вала и фрезерованных лысок. Состоит из корпуса и двух планок. Планки крепятся на корпусе. Отверстием в корпусе контролируется диаметр вала на котором лыски, а планками расстояние между лысками.

3 Описание конструкции режущего инструмента

Дисковая фреза изготовлена из быстрорежущей стали. Количество зубов‑60. Две одинаковые фрезы устанавливаются на определенном расстоянии друг от друга. Расстояние определяется толщиной кольца, которое ставится между фрезами. Таким образом обрабатываются обе лыски одновременно.

Исследовательская часть

Оптимизация процесса шлифования профиля роторов одновинтовых насосов

Рассмотрен системный подход к управлению процессом финишного шлифования роторов одновинтовых насосов, заключающийся в предварительном проектировании технологических переходов (исходя из условий обеспечения максимальной производительности обработки) и последующем регулировании этого процесса (с учетом индивидуальных особенностей обрабатываемых роторов). Дана методика и приведены результаты проектирования технологических переходов шлифования.

Процесс шлифования рабочего профиля роторов одновинтовых насосов протекает в условиях нестабильной температуры помещения, переменной температуры узлов шлифовального станка и непостоянства теплосодержания заготовок. Нестабильность температуры приводит к изменению температурных деформаций технологической системы шлифования, что отрицательно сказывается на точности обработки профиля. Эта точность обусловлена индивидуальными особенностями обрабатываемых заготовок и изменением температурных условий шлифования.

Сущность предлагаемого способа управления стабильностью шлифования заключается в использовании системного подхода к управлению: на первом этапе выполняется расчет оптимальных режимов и проектирование управляющей программы для системы ЧПУ станка, на втором – регулирование режимов шлифования (скорости детали) с учетом индивидуальных особенностей (случайных факторов) обрабатываемых деталей, на третьем – компенсация оставшейся погрешности. Причем все три перечисленных этапа управления осуществляются исходя из обеспечения стабильности температурного удлинения обрабатываемых роторов (ТУР) при максимальной производительности обработки. Отличительной особенностью описанного способа является использование единой математической модели ТУР на всех этапах управления, причем каждый последующий этап предназначается для компенсации погрешности, оставшейся от предыдущего этапа. Применение данного системного подхода позволяет всесторонне использовать технологические резервы увеличения производительности и точности обработки профиля роторов.

Для этого на этапе проектирования производят оптимизацию распределения припуска на технологические переходы шлифования по критерию максимальной производительности обработки при обеспечении качества и точности 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 дефектного слоя равна величине оставшегося припуска. Однако в указанной работе не рассматривалась задача проектирования технологических переходов прецизионного финишного шлифования, исходя из обеспечения максимальной производительности при требуемой точности обработки с учетом возможного образования при шлифовании дефектного слоя.

В работе [2] решается задача стабилизации накопленной погрешности шага резьбы при финишном многопроходном шлифовании. Однако этап проектирования технологических переходов в этой работе не рассмотрен и, следовательно, не использованы технологические резервы увеличения производительности обработки путем выбора глубины шлифования.

Рис. 1. Изменение температурного удлинения роторов l по мере съема припуска за n технологических переходов при различной производительности обработки (1 , 2 , 3 , 4 – номера обрабатываемых роторов)

На рис. 1 приведены графики изменения ТУР по мере съема одного и того же припуска Z = 0,3 мм с различной интенсивностью шлифования при величине настройки коррекционной линейки мкм. Кривые 1 и 4 на рис. 1 соответствуют низко‑и высокопроизводительным режимам.

обработки, а кривые 2 –3 характерны для режимов со средней производительностью. При высокопроизводительной обработке (кривая 4 ) припуск удаляется за 2–3 технологических перехода, а при низкопроизводительной (кривая 1 ) – за 5–8 переходов. Высоко- и низкопроизводительные режимы являются двумя крайностями, обусловливающими, с одной стороны, снижение размерной стойкости шлифовального круга и появление шлифовочных дефектов (кривая 4 ) при высокой производительности, а, с другой стороны, – быстрое затупление шлифовального круга при низкой производительности (кривая 1 ). Последнее обусловливается уменьшением коэффициента ( – соответственно толщина среза одним зерном и радиус его закругления) до уровня, при котором большая часть энергии резания превращается в тепло. Следовательно, оптимальными являются режимы шлифования, которым соответствует зона между кривыми 2 и 3 на рис. 1. Выбор режимов финишного шлифования осуществляется на основе расчета распределения припуска по переходам в соответствии со следующим критерием: величина ТУР к началу последнего технологического перехода должна быть равна величине коррекции , внесенной в ходовой винт станка. В соответствии с этим критерием разработана методика расчета распределения припуска по технологическим переходам шлифования. Анализ позволил установить, что системный подход к управлению процессом шлифования прецизионных роторов одновинтовых насосов заключается в предварительном автоматизированном проектировании технологической и управляющей программы для станков с ЧПУ и последующем автоматизированном регулировании процесса, причем указанные этапы управления шлифованием (проектирование и регулирование) имеют единое технологическое и математическое обеспечение. Величина коррекции шага , внесенная в настройку ходового винта шлифовального станка, предопределяет производительность процесса. С увеличением уменьшается число технологических переходов финишного шлифования. Для увеличения производительности финишного прецизионного шлифования необходимо на предыдущей операции шлифования формировать положительную накопленную погрешность шага ротора, величина которой не должна превосходить .

Список использованных источников

1. А.Ф. Горбацевич, В.А. Шкред. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: Высшая школа, 1983 г.

2. Справочник технолога – машиностроителя. 1 том. Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – М.: Машиностроение, 1985.

3. Справочник технолога – 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. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 1. Токарные станки.

6. А.В. Перминов. – Размерный анализ технологических процессов на ЭВМ: Часть 1. Основы размерного анализа: учеб. пособие. 2007 год.

7. Ю.Н. Иванкин. Методические указания. Курсовое проектирование по курсу ТМС: ПГТУ, кафедра ТМС, 2002.