Разработка технологического процесса изготовления шпинделя

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Введение

Цель курсового проектирования по технологии машиностроения — научится правильно применять теоретические знания, полученные в процессе учебы, использовать свой практический опыт работы на машиностроительных предприятиях для решения профессиональных технологических и конструкторских задач.

К мероприятиям по разработке новых прогрессивных технологических процессов относится их автоматизация, на ее основе проектируется высокопроизводительное технологическое оборудование, осуществляющее рабочие и вспомогательные процессы без непосредственного участия человека.

В соответствии с этим решаются следующие задачи:

Расширение, углубление, систематизация и закрепление теоретических знаний и применение их для проектирования прогрессивных технологических процессов изготовления деталей, включая проектирование средств технологического оснащения.

В курсовом проекте должна отображаться экономия затрат труда, материала, энергии. Решение этих вопросов возможно на основе наиболее полного использования возможностей прогрессивного технологического оборудования и оснастки, создания гибких технологий.

Различные материалы обрабатывают для получения нужных предметов. Придание материалу необходимых размеров, формы, свойств достигается многими видами обработки.

Обработка металлов режущими инструментами на станках в современном машиностроительном производстве занимает одно из главных мест в технологическом процессе изготовления изделий. Работа таких инструментов основана на использовании режущего клина. Клин, состоящий из двух поверхностей, сходящихся в острую кромку, может перемещаться относительно обрабатываемого куска металла-заготовки так, что одна поверхность клина будет давить на заготовку, а кромка разделять заготовку на две части, меньшая из которых будет деформироваться, превращаясь в стружку. Такой процесс называется резанием. Взаимное перемещение режущего клина и заготовки осуществляется в металлорежущем станке, где инструмент или заготовка может устанавливаться в дополнительные устройства, приспособления. Получение новых поверхностей путём деформирования поверхностных слоёв материала с образованием стружки называется обработка резанием.

При обработке металлов резанием в среднем 20% его превращается в стружку, поэтому опережающее развитие получают процессы изготовления деталей с малыми отходами (точное литьё, обработка давлением). Однако обработка металла резанием инструментами особенно при изготовлении высококачественных деталей является одним из главных средств в машиностроении.

Предусмотрено дальнейшее расширение производства металлообрабатывающего инструмента, особенно с применением природных и синтетических алмазов и других сверхтвёрдых сплавов и материалов, а так же режущего и вспомогательного инструмента к станкам с ЧПУ и к автоматическим линиям. Наша промышленность выпускает все виды лезвийного, абразивного и алмазного инструмента для всех отраслей народного хозяйства.

В современных методах механической обработки металлов заметны следующие тенденции:

1 обработка заготовок с малыми припусками, что приводит к экономии металлов и увеличении доли отделочных операций;

2 широкое применение методов упрочняющей обработки без снятия стружки путем накатывания роликами и шариками обдувки дробью, дорнирования, чеканки и т. п. ;

3 применение многоинструментальной обработки взамен одноинструментальной и многолезвийного режущего инструмента вместо однолезвийного;

4 возрастания скоростей резания и подач;

5 увеличение части работ, выполняемых на автоматических и полуавтоматических станках, роботизированных комплексов с применением систем программного управления;

6 широкое проведение модернизации металлорежущего оборудования;

7 использование быстродействующих и многоместных приспособлений для закрепления заготовок и механизмов при автоматизации универсальных металлорежущих станков;

8 изготовление деталей из специальных и жаростойких сплавов, обрабатываемость которых значительно хуже, чем обычных металлов;

9 участие технологов в разработке конструкции машин для обеспечения их высокой технологичности.

Более рационально получать сразу готовую деталь, минуя стадию заготовки. Это достигается применением точных методов литья и обработки давлением, порошковой металлургией. Эти процессы более прогрессивны, и они будут все шире внедряться в технику.

1. Технологический раздел

1.1 Назначение и технологические требования к конструкции изготавливаемой детали

Шпиндель металлорежущего станка — одна из наиболее ответственных деталей. Качество изготовляемых деталей в значительной степени зависят от качества шпинделя и его опорных шеек, жёсткости шпинделя и стабильности его положения в опорах.

Основное назначение шпинделя станка — сообщать обрабатываемой заготовке или режущему инструменту вращательное движение с определёнными угловой скоростью и крутящим моментом. В современных станках они очень высокие, поэтому к качеству изготовления как самого шпинделя, так и шпиндельного узла с его опорами в целом предъявляются высокие требования.

Допуски овальности и конусообразности для станков нормальной точности не должны превышать 50% допуска диаметральных размеров шеек. Так, отклонение от круглости опорных шеек в зависимости от диаметра шпинделя для станков нормальной точности 4,0…1,2 мкм, а для современных прецизионных станков — 0,3…0,5 мкм. Допустимая конусообразность 1,25…3,0 мкм.

Для шпинделей с резьбой, на которую навёртывают установочные опорные кольца, следует устанавливать допустимые отклонения от соосности резьбы с опорными шейками подшипников. Для станков нормальной точности они не превышают 0,025 мм. Это необходимо для того, чтобы при монтаже шпиндельного узла избежать перекоса колец шариковых и роликовых подшипников, так как установочные гайки при большом биении будут нажимать на подшипник одной стороной. Для этого и ограничивается биение торца опорной гайки. При плотно навёрнутой гайке на шпиндель торцовое биение не должно превышать 0,025 мм на радиусе 50 мм.

Шероховатость поверхности и твёрдость опорных шеек, особенно для шпинделей, работающих в подшипниках скольжения, влияют на стабильность положения шпинделя при эксплуатации станка. По этим параметрам точности к шпинделям предъявляют также очень высокие требования.

Выбор материала для шпинделя определяются типом станка и условиями работы шпинделя. Шпиндели, работающие на опорах скольжения, должны обладать не только высокими прочностью и жёсткостью, но и высокой износостойкостью.

По заданию деталь шпиндель изготовлена из стали 38Х2МЮА ГОСТ 1133–71. Химический состав, механические, физические и технологические свойства стали приведены в таблице 1−2.

Таблица 1 — Химический состав стали 38Х2МЮА ГОСТ 1133–71

Содержание элементов*, %

С

Al

Mo

Si

Mn

Cr

Cu, Ni не более

0,35−0,42

0,70−1,10

0,15−0,25

0,20−0,45

0,30−0,60

1,35−1,65

0,30

*P, S не более 0,025

Таблица 2. — Механические свойства стали 38Х2МЮА ГОСТ 1133–71

ув, МПа

у0,2, МПа

д5, %

ш, %

HB

600

450

14

50

250−300

По заданию требуется, чтобы твёрдость стали была 45−55 HRC. Для этого требуется провести термообработку. Закалку ТВЧ и средний отпуск 4500С. После закалки структурой стали будет, является мартенсит закалки. После отпуска структура стали — тростит.

1.2 Определение типа производства

В зависимости от размера производственной программы, сложности и трудоемкости изготовляемых деталей различают три типа производства: единичное, серийное, массовое. Условно можно отнести к тому или иному типу производства обработку деталей заданного типа на основании таблицы 3 [2].

Таблица 3 — Типы производства

Тип производства

Количество обрабатываемых деталей в год

крупных

более 20 кг

средних

от 5 до 20 кг

Мелких менее 5 кг

Единичное

до 5

до 10

до 100

Серийное

от 5 до 1000

от 10 до 5000

от 100 до 50 000

Массовое

свыше 1000

свыше 5000

свыше 50 000

Определим массу детали по формуле

m = V, (1)

где m — масса детали, кг;

— плотность чугуна, кг/мі;

V — объем детали, мі.

Для серого чугуна стали = 7,8103 кг/мі.

Объем детали:

Итак, объем шпинделя составил 0,4 043 мі.

Тогда масса шпинделя:

m = 7,11030,4 043? 31,55 кг.

По таблице 3 определим тип производства. Так как масса детали более 20 кг и производственная программа 4950 деталей, то тип производства — массовое.

При массовом производстве на оборудовании непрерывно обрабатываются или изготавливаются детали заданного типоразмера в течение длительного времени.

1.3 Выбор и экономическое обоснование метода получения заготовки

Определение припусков табличным методом

Определение припусков табличным методом будем проводить по ГОСТ 7505–89. Для сравнения рассчитаем припуски для поковки.

Класс точности поковки: Т2.

Группа стали: МІ.

Степень сложности: С3.

Конфигурация поверхности разъема штампа: П — плоская.

Исходный индекс: 13.

Смещение по поверхности разъема штампа: 0,8 мм.

Изогнутость и отклонения от прямолинейности и плоскостности: 1,2 мм.

Минимальная величина радиусов закругления наружных углов поковки в зависимости от глубины полости ручья штампа: 3,0 мм.

Допускаемая величина смещения по поверхности разъема штампа: 0,8 мм.

Штамповочные уклоны: 3°.

Найдем основные припуски на механическую обработку и допускаемые отклонения линейных размеров поковок (таблицы 4,5).

Таблица 4 — Основные припуски на механическую обработку

Номинальные размеры, мм

Горизонтально-ковочные машины, мм

Ш 75

2,0

Ш 80

2,0

Ш 85

2,0

Ш 90

2,0

Ш 95

2,0

Ш 108

2,2

Ш 170

2,5

Ш 103

2,2

936

3,3

Таблица 5 — Допускаемые отклонения линейных размеров поковок

Номинальные размеры, мм

Горизонтально-ковочные машины, мм

Ш 75

+1,6

-0,9

Ш 80

+1,6

-0,9

Ш 85

+1,6

-0,9

Ш 90

+1,6

-0,9

Ш 95

+1,6

-0,9

Ш 108

+1,8

-1,0

Ш 170

+2,1

-1,1

Ш 103

+1,8

-1, —

936

+3,0

-1,5

При сравнении возможных методов получения заготовки для вновь проектируемого технологического процесса изготовления детали рассматриваемые варианты могут отличаться только технологией получения заготовки, но не механической обработкой. В этом случае для выбора метода получения заготовки достаточно оценить её себестоимость для каждого варианта и выбрать тот вариант, для которого себестоимость меньше. В противном случае при выборе метода получения заготовки необходимо для каждого варианта оценить суммарную себестоимость получения заготовки и отличающихся операций механической обработки.

Стоимость заготовок, получаемых горячей штамповкой различными методами, можно определить по формуле:

, (2)

где Ci — базовая стоимость 1 кг заготовок, руб. ;

КТ — коэффициент, зависящий от класса точности;

КС — коэффициент, зависящий от степени сложности;

КВ — коэффициент, зависящий от массы;

КМ — коэффициент, зависящий от марки материала;

Кn — коэффициент, зависящий от объёма производства заготовок;

Q — масса заготовки, кг;

q — масса готовой детали, кг;

Sотх — цена 1 кг отходов, руб.

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

, (3)

где Ззаг i-стоимость заготовок, изготавливаемых сравнительными методами;

N — годовой выпуск заготовок, шт.

Уровень технологичности каждого из методов получения заготовки может быть укрупнено оценен по коэффициенту использования материала:

, (4)

Выполним расчёт стоимости заготовок, получаемых двумя различными методами по формулам (2) — (4) и полученные данные сведём в таблицу:

Таблица 6 — Сопоставление вариантов технологического процесса получения заготовок

Вид заготовки

Закрытые штампы

Штамповка в горизонтально-ковочной машине

Степень сложности

3

3

Класс точности

Т2

Т4

Масса готовой детали, кг

31,54

31,54

Масса заготовки, кг

51,22

55,95

Стоимость 1 кг заготовок, принятых за базу, руб.

560

570

Стоимость 1 кг стружки, руб.

42

42

КТ

0,85

0,85

КМ

1,18

1,18

КС

1,0

1,0

КВ

0,80

0,80

Кn

0,80

0,80

Стоимость заготовки по формуле (4), руб.

17 585,76

19 446,57

Коэффициент использования материала

0,62

0,56

Экономический эффект

9 211 009

Вывод: штамповка в закрытые штампы экономически эффективнее, поэтому мы выбираем ее для изготовления шпинделя.

Расчет припусков аналитическим методом

Рассчитаем припуски на механическую обработку поверхности ходового винта диаметром 85h7.

Величины Rz и h определяем по таблицам [3] для каждого технологического перехода.

Погрешность установки заготовки е = 500 мкм [3]. Остаточная погрешность установки при чистовом точении е = 0,4 500 = 30 мкм.

Величина расчетного припуска определяется по формуле

Zmin = 2 (Rz(i-1) + hi-1 +[Дi-1І+еi І]½) (5)

Значения Zmin по операциям (переходам) обработки составляют:

— шлифование получистовое: Zmin? 84 мкм;

— точение чистовое: Zmin? 380 мкм;

— точение черновое: Zmin = 2110 мкм.

Расчетные размеры по операциям (переходам) механической обработки составят:

— шлифование получистовое — 84,965 мм;

— точение чистовое — 84,965+0,084=85,049 мм;

— точение черновое — 85,049+0,380=85,429 мм;

— заготовка — 85,429+2,110=87,539 мм.

Результаты расчетов сводим в таблицу 7.

В графе «Предельные размеры» значения «min» получаем путем округления расчетных размеров до точности допуска соответствующего перехода. Значения «max» получаем прибавлением допусков соответствующих переходов к наименьшим предельным размерам.

Минимальные предельные значения припусков Zmin получаем как разницу наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов, а максимальное Zmax — соответственно разности наибольших предельных размеров.

Графическая схема расположения припусков приведена на рисунке 1.

Таблица 7 — Результаты расчета припусков аналитическим методом

Технологические операции и переходы обработки

Элементы

припуска, мкм

Расчетный припуск Zmin,

мкм

Расчетный размер, мм

Допуск Т (д), мкм

Предельный размер, мм

Предельные значения припусков, мм

Rz

T (h)

с

е

min

max

min

max

Заготовка

250

300

72

-

-

87,539

1400

87,539

88,939

-

-

Черновое

точение

80

80

4,32

500

2110

85,429

350

85,429

85,779

2,11

3,16

Чистовое

точение

20

20

2,88

30

380

85,049

54

85,049

85,103

0,38

0,676

Получистовое шлифование

5

5

1,8

-

84

84,965

35

84,965

85

0,084

0,103

Итого:

2,574

3,939

Рисунок 1 — Схема расположения припусков на обработку поверхности 85h7

1.4 Разработка технологического процесса

Структурная схема технологического процесса

Рисунок 2 — Структурная схема технологического процесса

Выбор и описание технологического оборудования

Механическая обработка детали состоит из фрезерной, координатно-расточной и плоскошлифовальной операций. Основываясь на габаритных размерах и форме детали, форме поверхностей и их взаимном расположении, технических требованиях и точности размеров, шероховатости обрабатываемых поверхностей, выберем станки для проведения операций.

Выберем токарно-винторезный станок 16К20. Технические характеристики станка 16К20 приведены в таблице 8 [4].

Таблица 8 — Технические характеристики станка 16К20

Показатель

Характеристика

Наибольший диаметр обрабатываемой детали, мм

415

Расстояние между центрами, мм

1000

Число ступеней вращения шпинделя

22

Частота вращения шпинделя, об/мин

12,5−1600

Число ступеней подач шпинделя

42

Подача суппорта, мм/об

продольная:

поперечная:

0,05 — 4,16 0,035−2,08

Мощность главного электродвигателя, кВт

10

КПД станка

0,75

Наибольшая сила подачи механизмом подачи, Н

600

Станок

16К20

Наибольший диаметр обрабатываемой детали, мм

415

Расстояние между центрами, мм

1000

Число ступеней вращения шпинделя

22

Выбираем круглошлифовальный станок 3У142. Технические характеристики станка 3У142 приведены в таблице 9 [3].

Таблица 9 — Технические характеристики станка 3У142

Показатель

Характеристика

Наибольшие размеры обрабатываемых заготовок:

диаметр

400

длина

1000

Наибольшее продольное перемещение стола, мм

2000

Наибольшее размеры шлифовального круга, мм:

наружный диаметр

высота

600

63

Высота центров над столом, мм

240

Частота вращения шпинделя шлифовального круга, об/мин

1112

Частота вращения шпинделя заготовки, об/мин

30−300

Мощность электродвигателя главного привода, кВт

7,5

Габариты станка, мм

6310×2585×1982

Масса станка, кг

7600

Выбираем координатно-расточной станок 2Д450. Технические характеристики станка 2Д450 приведены в таблице 10 [4].

Таблица 10 — Технические характеристики станка 2Д450

Размеры рабочей поверхности стола, мм

630×1100

Наибольший диаметр сверления в стали, мм

30

Наибольшее продольное перемещение стола, мм

1000

Наибольший вес обрабатываемого изделия, кг

600

Количество ступеней частоты вращения шпинделя

21

Частота вращения шпинделя, об/мин

50−2000

Мощность электродвигателя главного привода, кВт

2,0

Габариты станка, кг

3305×2705×2800

Масса станка, кг

7800

Для проведения фрезерно-ценровальной операции выбираем станок МР-37. Технические характеристики станка приведены в таблице 11.

Таблица 11 — Технические характеристики фрезерно-центровального станка МР-37

Диаметр обрабатываемой заготовки, мм

25−185

Длина обрабатываемой заготовки, мм

200−1000

Число скоростей шпинделя фрезы

6

Пределы чисел оборотов шпинделя фрезы в минуту

125−712

Наибольший ход головки фрезы, мм

220

Пределы рабочих подач фрезы, мм/мин

20−40

Число скоростей сверлильного шпинделя

6

Пределы чисел оборотов сверлильного шпинделя в минуту

238−1125

Ход сверлильной головки, мм

75

Пределы рабочих подач сверлильной головки, мм/мин

20−30

Продолжительность холостых ходов, мин

0,3

Мощность электродвигателей, кВт

фрезерной головки

сверлильной головки

7,5/10

2,2/3

Выбираем внутришлифовальный станок СШ-148. Технические характеристики станка СШ-148 приведены в таблице 12 [3].

Таблица 12 — Технические характеристики станка СШ-148

Показатель

Характеристика

Наибольшие размеры обрабатываемых заготовок:

диаметр

400

длина

1000

Наибольший ход стола, мм

1600

Наибольшее размеры шлифовального круга, мм:

наружный диаметр

высота

В зависимости от наладки

Скорость движения стола, м/мин

10

Частота вращения шпинделя внутришлифовального, об/мин

5000−6000

Частота вращения шпинделя заготовки, об/мин

70−100

Мощность электродвигателя главного привода, кВт

10

Габариты станка, мм

6310×2585×1982

Масса станка, кг

7600

Выбираем вертикально-сверлильный станок 2А150. Технические характеристики станка 2А150 приведены в таблице 9 [3].

Таблица 9 — Технические характеристики станка 2А150

Размеры рабочей поверхности стола, мм

630×1100

Наибольший диаметр сверления в стали, мм

75

Наибольшее расстояние от торца шпинделя до рабочей поверхности стола, мм

2000

Наибольший ход шпинделя, мм

1000

Количество ступеней частоты вращения шпинделя

12

Частота вращения шпинделя, об/мин

30−3000

Мощность электродвигателя главного привода, кВт

11

Габариты станка, кг

3305×2705×2800

Масса станка, кг

7800

Выбор и описание режущего инструмента

При выборе режущего инструмента необходимо исходить из способа обработки и типа станка, формы и расположения обрабатываемых поверхностей, материала заготовки и его механических свойств. Инструмент должен обеспечить получение заданной точности формы и размеров, требуемую шероховатость обработанных поверхностей, высокую производительность и стойкость, должен быть достаточно прочным, виброустойчивым, экономичным.

Для обработки наружной поверхности детали используем следующие резцы:

Для обработки цилиндрических поверхностей используем токарный проходной отогнутый резец ГОСТ 18 878– — 73. Н=20 мм; В=12 мм; L=120 мм; m=7 мм; а=12 мм; r=1 мм.

Рисунок 3 — Токарный проходной отогнутый резец ГОСТ 18 878– — 73

Для обработки канавок используем отрезной резец ГОСТ 18 874– — 73. Н=20 мм; В=12 мм; L=120 мм; l=50 мм; а=3 мм; r=0,2 мм.

Рисунок 4 — Токарный отрезной резец ГОСТ 18 874– — 73

Для обработки плоских торцовых поверхностей используем подрезной резец для обработки торцовых поверхностей по ГОСТ 18 880–73.

Рисунок 5 — Токарный резец для обработки плоских торцовых поверхностей ГОСТ 18 880–73

Для обработки отверстия диаметром 4,8 мм выбираем спиральное сверло с цилиндрическим хвостовиком, средняя серия из быстрорежущей стали Р18 по ГОСТ 10 902–64. Изобразим сверло на рисунке 6, для него: d = 4,8 мм, L = 86 мм, l0 = 52 мм.

Рисунок 6 — Сверло спиральное из быстрорежущей стали по ГОСТ 10 902–77

Для обработки отверстия диаметром 15 мм выбираем спиральное сверло с цилиндрическим хвостовиком, средняя серия из быстрорежущей стали Р18 по ГОСТ 10 902–77. Изобразим сверло на рисунке 6, для него: d = 15 мм, L = 169 мм, l0 = 114 мм.

Для обработки отверстия диаметром 23 мм выбираем спиральное сверло с коническим хвостовиком, средняя серия из быстрорежущей стали Р18 по ГОСТ 10 903–77. Изобразим сверло на рисунке 7, для него: d = 23 мм, L = 253 мм, l0 = 155 мм.

Рисунок 7 — Сверло спиральное с коническим хвостовиком ГОСТ 10 903–77

Для обработки центровочных отверстий используем центровочное сверло по ГОСТ 14 952–75.

Рисунок 8 — Сверло центровочное по ГОСТ 14 952–75

Для фрезерной операции для обработки торцов выбираем торцовую насадную фрезу со вставными ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава (рисунок 5) D = 125 мм, B = 42 мм, d = 40 мм, количество зубьев — 12 (ГОСТ 9473−80) [3].

Рисунок 9 — Торцовая фреза со вставными ножами ГОСТ 9473–80

Для шлифования поверхностей используем шлифовальный эльборовый круг ГОСТ 17 123– — 79. Размеры круга: D=100 мм, Н=50 мм, d=40 мм.

Рисунок 10 — Шлифовальный эльборовый круг по ГОСТ 17 123– — 79

Для вертикально-сверлильной операции для чистовой обработки отверстий выбираем развертку коническую с конусом Морзе 6 с коническим хвостовиком (рисунок 11) L = 450 мм, l0 = 170 мм, d = 54 мм (ГОСТ 10 079−71) [3].

Рисунок 11 — Развертка коническая ГОСТ 10 081–84

Для координатно-расточной операции для сверления отверстия диаметром 19 мм выбираем зенкер для цилиндрических отверстий (рисунок 12) по ГОСТ 12 489–71.

Рисунок 12 — Зенкер для цилиндрических отверстий по ГОСТ 12 489–71

Для координатно-расточной операции для нарезания резьбы МІ0 выбираем короткий метчик с проходным хвостовиком (рисунок 13) L = 112 мм, l = 37 мм, d1 = 14 мм (ГОСТ 3266−81) [3].

Рисунок 13 — Короткий метчик с проходным хвостовиком ГОСТ 3266–81

Для координатно-расточной операции для нарезания резьбы М8
выбираем короткий метчик с проходным хвостовиком (рисунок 13) L = 70 мм, l = 27 мм, d1 = 4 мм (ГОСТ 3266−81) [3].

Для вертикально-сверлильной операции выбираем сверло сборное перовое с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 25 524–82.

Рисунок 14 — Сверло сборное перовое с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 25 524–82

Для шлифования внутренних поверхностей используем шлифовальную головку KW по ГОСТ 2447– — 82, которая изображена на рисунке 15.

Рисунок 15 — Шлифовальная головка KW по ГОСТ 2447– — 82

Выбор измерительного инструмента

Для межоперационного и окончательного контроля линейных размеров выберем штангенциркуль ШЦ-II ГОСТ 166–89, для контроля диаметра Ш85H7 — калибр-скобу (расчет калибра-скобы приведен в подразделе 2. 2).

1.5 Расчет режимов резания

Расчет режимов резания аналитическим методом

1. Определим для заданной обрабатываемой поверхности глубину резания t, мм. При черновой обработке глубина резания равна:

t=2Zmax/2=2,551/2=1,275 мм

2. Подсчитаем значение подачи S, мм/об.

Для черновой обработки на скоростных режимах резания твёрдосплавным инструментом максимально допустимую подачу рассчитаем по формуле:

, (6)

где Rz — высота неровностей по ГОСТ 2789–73, Rz=4Ra, Ra=5;

r-радиус скругления вершины резца, r=1 мм;

.

Продольную подачу Sф находим согласно закона изменения её по геометрической прогрессии, знаменатель который определяется по формуле:

, (7)

где Sz и S1 — максимальное и минимальное значения подачи;

z — количество ступеней подачи.

Значение s=1,11 не совпадает со стандартными нормами станкостроения. Поэтому примем s=1,12.

Теперь определим весь ряд S по геометрической прогрессии:

S2=S1s=0,051,12=0,056;

S3=S1s2=0,05(1,12)2=0,063;

S4=S1s3=0,05(1,12)3=0,071;

S12=S1s11=0,05(1,12)11=0,174;

S13=S1s12=0,05(1,12)12=0,195;

S18=S1s18=0,05(1,12)18=0,38;

S20=S1s19=0,05(1,12)19=0,491;

S23=S1s22=0,05(1,12)22=0,605

Из данного ряда следует, что ближайшая меньшая из числа осуществляемых на станке Sф равна Sф=0,38=0,4 мм/об;

3. Рассчитаем скорость резания.

Расчёт скорости резания при точении Vр, м/мин, вычисляем по эмпирической формуле:

, (8)

где Сv-коэффициент, зависящий от материала инструмента, заготовки и условий обработки;

Т-расчётная стойкость инструмента. Для резцов с пластинами из твёрдого сплава, Т=90−120 мин.

Xv, Yv — показатели степени влияния t и S на Vр;

Kv-поправочный коэффициент на изменённые условия, равный произведению ряда коэффициентов, учитывающих влияние различных факторов на скорость резания, в частности, механических свойств обрабатываемого материала KMv, качество (состояния поверхности) заготовки Knv, материала режущей части инструмента KUv, главного угла в плане Kцv, формы передней грани инструмента KФv.

Поправочный коэффициент находим как:

Kv=KMvKnvKUvKцvKФv, (9)

Значения коэффициентов и показателей степени формулы найдем в литературе [3].

Сv=350;

Xv=0,15;

Yv=0,35;

m=0,2;

KMv=750/ув=750/600=1,25;

Knv=1,0;

KUv=1,0;

Kцv=1,0;

KФv=1,0.

Kv= 1,25. 1. 1. 1. 1=1,25.

.

4. Рассчитаем частоту вращения шпинделя, об/мин.

По расчётной скорости резания подсчитаем частоту вращения шпинделя, об/мин.

, (10)

где D0 — диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

Vp — скорость резания, м/мин.

Для станка 16К20 принимаем nф=1000 об/мин.

Рассчитаем фактическую скорость резания:

, (11)

где D0 — диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

nф — фактическая частота вращения шпинделя.

5. Найденные режимы резания могут быть приняты только в том случае, если развиваемый при этом крутящий момент на шпинделе Мшп будет больше момента, создаваемого силами резания, или равен ему:

Мшп? Мрез

Тангенциальную силу Рz, создающую крутящий момент Мрез, определяем по формуле:

Pz=CpztxpzSфypzVфnpzkp, (12)

где Cpz — коэффициент, зависящий от материала заготовки и условий обработки;

xPz yPz nPz — показатели степени влияния режимов резания на силу Pz;

kр-поправочный коэффициент на изменённые условия, подсчитываемый как произведение ряда поправочных коэффициентов.

Kр=KKцрKгрKKлр…, (13)

Значения коэффициентов и показателей степени формулы найдем в литературе [3].

Cpz=300*9,8=2940 (для подсчёта силы Рz в Ньютонах).

xPz=1,0

yPz=0,75

nPz=-0,15

K=(ув/750)0,75=(600/750)0,75=0,8;

Kцр=1,0;

Kгр=1,0;

K=0,93;

Kлр=1,0.

Kр= 0,8*1,0*1,0*0,93*1. 0=0,744

Pz=29 401,2751,00,4 0,75276,32-0,150,744=603 Н.

Крутящий момент, Нм, потребный на резание, подсчитаем по формуле:

, (14)

.

Крутящий момент, развиваемый на шпинделе, подсчитывается по мощности электродвигателя.

, (15)

Nэд=10 кВт;

nф=1000 об/мин;

з=0,75

Поучили, что Мшп> Мрез. Значит принимаем данные режимы резания.

6. Определяем коэффициент использования мощности станка по формуле

, (16)

Nпот — потребная мощность на шпинделе.

, (17)

где Nэ — эффективная мощность на резание, кВт, определяемая по формуле:

. (18)

Подставляя численные значения в формулу (18) получим:

Найденную эффективную мощность подставим в формулу (17):

.

Тогда найдем коэффициент использования мощности станка по формуле (16)

%.

7. По фактической скорости резания Vф подсчитаем фактическую стойкость инструмента Тф, мин, с учетом показателя стойкости m по формуле

, (19)

где Vp и Т — расчетные значения скорости и стойкости инструмента.

Подставим в формулу (19) численные значения и определим Тф

.

8. Основное технологическое время, т. е. время, непосредственно затраченное на процессе резания, мин, определим по формуле

, (20)

где L — расчетная длина обработки, равная сумме длин обработки l,

врезания l1 и перебега инструмента l2,

; (21)

i — число проходов;

nф — частота вращения шпинделя, об/ мин;

Sф — подача, мм/об.

За длину обработки l, мм, принимается путь, пройденный вершиной инструмента в процессе резания и измеренный в направлении подачи l=34,4 мм. Величина врезания l1, мм, при точении вычисляется из соотношения

. (22)

где t — глубина резания, мм;

ц — главный угол резца в плане.

Подставим в формулу (22) численные значения и получим

.

Найдем расчетную длину обработки по формуле (21)

.

Тогда по формуле (20) найдем время, затраченное на процесс резания

Расчёт режимов резания при шлифовании

1. Глубину резания при получистовом шлифовании равна:

t=2Zmax/2=0,103/2=0,0515 мм

2. Продольную подачу при шлифовании S принимаем равной:

, (23)

где В-ширина шлифовального круга, В=50 мм.

S=0,8*50=40 мм/ход.

3. Скорость шлифования круга определим по формуле:

, (24)

где Dк — диаметр круга, мм;

nк -частота вращения шпинделя, принимаемая по паспорту станка. nк =1270 об/мин.

.

Расчётное значение частоты вращения обрабатываемой детали определим по формуле:

, (25)

где vД — среднее значение скорости вращения детали, м/мин;;

DД -диаметр. обрабатываемой детали, мм.

.

Так как изменение частоты вращения детали на выбранном станке бесступенчатое, то.

Скорость перемещения заготовки, м/мин:

, (26)

Подставив численные значения, получим:

4. Тангенциальная сила резания, Н:

, (27)

Значения коэффициентов имеют следующие значения:

Ср=19,6; uр=0,7; Xp=0,7; Ур=0,5.

Подставив, получим:

.

5. Эффективная мощность на вращение обрабатываемой детали, кВт,

, (28)

.

Эффективная мощность на вращение шлифовального круга, кВт,

, (29)

Потребная мощность на вращение шлифовального круга, кВт:

, (30)

Коэффициент использования станка по мощности:

, (31)

.

Основное технологическое (машинное) время:

, (32)

где L — длина продольного хода, мм;

k — коэффициент, учитывающий выхаживание, k = 1,3 [2].

Длина продольного хода определяется по формуле:

. (33)

L = 34,4 + 0,850 = 74,4 мм.

Тогда основное технологическое время

мин.

Расчет режимов резания табличным методом

На остальные переходы режимы резания назначаем согласно рекомендациям, приведенным в литературе [3] и [6], и сводим их в единую таблицу 13.

Таблица 13 — Расчет режимов резания табличным методом

Поверхность

Sпрод, м/мин

t, мм

S, мм/об

v, м/мин

Черновое точение поверхностей

-

5

0,85

150

Чистовое точение поверхностей

-

0,7

0,5

190

Сверление отверстия Ш55

118

27,5

0,1375

140

Сверление отверстия Ш23

118

11,5

0,276

24

Сверление отверстия Ш4,8

118

2,4

0,0576

24

Сверление отверстия Ш15

118

7,5

0,18

24

Зенкерование

-

2

0,475

20

Развертывание

-

0,14

3,2

8

Фрезерование торцов

-

12

Sz =1,2

мм/зуб

250

Сверление центровочных отверстий

118

3

0,096

24

Шлифование наружных поверхностей

-

Sпоп=10 мкм/об. заг

Sпрод=10 мм/ход

1800

Шлифование внутренних поверхностей

-

Sпоп=6 мкм/об. заг

Sпрод=10 мм/ход

1800

2. Конструкторский раздел

2.1 Разработка специального режущего инструмента

Исходные данные для расчета метчика: резьба МІ0; d = 20 мм;
P = 2,5 мм; б = 600; длина резьбы l = 25 мм; характер резьбы — сквозная; обрабатываемый материал — серый сталь 38Х2МЮА; тип метчика — машинный. Расчет ведем на основе методики, приведенной в литературе [8].

Выбор инструментального материала. Рабочая часть — ВК6 (88−90 HRB); хвостовик — сталь 40Х (40−42 HRCЭ).

Выбор числа зубьев. z = 4. Выбор размеров и формы стружечной канавки.

dC = 0,5d = 0,520 = 10 мм,

r = 0,53d = 0,5320 = 10,6 мм,

r1 = 0,11d= 0,1120 = 2,2 мм.

Определение длины заборной части.

Принимаем допустимую толщину среза a = 0,20 мм; тогда угол заборной части (угол в плане ц) определяется по формуле:

. (34)

tgц = 0,20 4/2,5 = 0,32,

ц = 180.

Диаметр сверла под резьбу:

dсв = d — P. (35)

dсв = 20 — 2,5 = 17,5 мм.

Тогда длина заборной части метчика:

l1 = (d — dТ)/2tgц, (36)

dТ = dсв — (0,1…0,3 мм). (37)

dТ = 17,5 — 0,1 =17,4 мм,

l1 = (20 — 17,4)/20,32 = 4,1 мм.

Принимаем длину рабочей части метчика l3 = 25 мм. Тогда длина калибрующей части l2 = l3 — l1 = 25 — 4,1 = 20,9 мм.

Для уменьшения трения калибрующая часть должна иметь обратную конусность по всему профилю резьбы. Принимаем обратную конусность 0,08 мм на 100 мм длины.

Принимаем lШ = 15 мм; dШ = 15 мм; S = 16,0 мм; h = 20 мм, d1 = 20 мм.

Погрешность квадрата ().

Общая длина метчика определяется по формуле:

L = l + l1 + l0 + lВ, (38)

где l — длина резьбы с полным профилем;

l0 — расстояние от вспомогательного инструмента до детали, принимаем l0 = 10 мм;

lВ — длина вхождения метчика во вспомогательный инструмент, принимаем lВ = 45 мм.

Тогда L = 25+ 4,1 + 10 + 45 = 84 < 102 мм. Принимаем L = 102 мм по
ГОСТ 3266−81.

Длина хвостовика

lхв = L — l3. (39)

lхв = 102 — 25 = 77 мм.

Расстояние l4 от переднего торца заборной части метчика до места сварки с хвостовиком устанавливаем l4 = l3 + 11 = 25 + 11 = 36 мм.

Выберем геометрические параметры метчика.

Передний угол метчика выбираем г = 50.

Задний угол метчика выбираем б = 30 (создается путем затылования).

У метчиков с нешлифованным профилем затылование производится только по заборной части, его величина

K = рdtgбб/z, (40)

где бб — задний угол по периферии метчика.

K = 3,1420tg40/4 = 1,1 мм.

Выбираем степень точности метчика Н3.

Определим размеры профиля резьбы.

Наружный диаметр d = 20 мм; средний диаметр d2 = 18,7 мм; внутренний диаметр d1 = 17,4 мм; шаг резьбы P = 2,5 + 0,010; угол профиля резьбы
б/2 = 300 + 25/.

Назначим технические требования. Шероховатость профиля резьбы, передней и задней поверхностей Ra 0,8; шероховатость хвостовика Ra 1,6; допуск заднего угла ±10; допуск переднего угла ±20; биение профиля относительно оси 0,02 мм.

шпиндель деталь режущий инструмент

2.2 Разработка специального измерительного инструмента

Произведём расчёт размеров калибров-скоб для вала Ш85h7. Построим схему расположения полей допусков для вала.

По нормативным данным таблицы допусков и отклонений калибров устанавливаем значения для определения исполнительных размеров калибров и контркалибров: ?В1=7,0 мкм; уВ1=6,0 мкм; Нк1=8,0 мкм; Нр=3,0 мкм.

1. Определим наибольший предельный размер вала:

Dmax=85+0= 85 мм.

2. Определим наименьший диаметр вала:

Dmin=85−0,035= 84,965 мм.

3. Определим наименьший размер проходного калибра скобы:

ПРс= Dmax-?В1 — Нк1/2=85−0,007−0,008/2= 84,989 мм.

4. Определим наибольший размер непроходного размера скобы:

НЕс= Dmin — Нк1/2=84,965−0,008/2= 84,961 мм

5. Определим предельный размер изношенного калибра-скобы:

ПРс=Dmaxв1=85+0,006=85,006 мм.

6. Определим наибольший размер контркалибра К-ПРс:

К-ПРс= Dmax-?В1+ Нр/2=85−0,007+0,003/2= 84,9915 мм.

7. Определим наибольший размер контркалибра К-НЕс:

К-НЕс=Dminр/2=84,965+0,003/2= 84,9635 мм.

8. Определим контрольный размер контркалибра К-Ис:

К-Ис=Dmaxв1р/2=85+0,006+0,003/2= 85,0075 мм.

9. Построим схему расположения полей допусков калибров для вала диаметром Ш85h7.

Рисунок 16 — Схема расположения полей допусков калибров для вала диаметром Ш85h7

Заключение

Целью данного курсового проекта была разработка технологического процесса изготовления шпинделя.

В данном курсовом проекте был определен тип производства — массовое. В качестве способа получения заготовки было выбрана поковка в закрытые штампы. Для выбранного метода поковки были рассчитаны припуски на механическую обработку. Для составленной структурной схемы технологического процесса изготовления были подобраны соответствующее технологическое оборудование, режущие и измерительные инструменты.

Были также рассчитаны режимы резания для всех обрабатываемых поверхностей (для двух переходов — аналитическим методом).

Для технологического процесса изготовления шпинделя был разработан специальный режущий инструмент — метчик, а также специальный измерительный инструмент — калибр-скоба.

В данном курсовом проекте были выполнены маршрутная карта, операционные карты и карты эскизов для разработанного технологического процесса изготовления шпинделя.

Литература

1 Справочник металлиста. Т. 5 / Под ред. Б. Л. Богуславского. — М.: Машиностроение, 1997. — 673 с.

2 Казаченко В. П., Савенко А. Н., Терешко Ю. Д. Материаловедение и технология материалов. Ч III. Обработка металлов резанием: Пособие по курсовому проектированию. — Гомель: БелГУТ, 1997. — 47 с.

3 Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1985. — 496 с.

4 Металлорежущие станки: Каталог-справочник: В 8 частях. — М., 1971.

5 Петров С. В. и др. Режущий инструмент: Лабораторный практикум. — Гомель: БелГУТ, 2004. — 28 с.

6 Махаринский Е. И., Горохов В. А. Основы технологии машиностроения: Учебник. — Мн.: Выш. шк., 1997. — 423 с.

7 Горбацевич А. Ф., Алешкевич И. Л., Чеботарев В. Н. и др. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. — Мн.: Выш. шк., 1967. — 204 с.

8 Автушенко В. А. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения». Ч.I. — Гомель: БелИИЖТ, 1980. — 20 с.

9 Данилевский В. В. Технология машиностроения. — М.: Высшая школа, 1972. — 448 с.

Показать Свернуть
Заполнить форму текущей работой