Вал ножевой Р312.00.00.0001

- если деталь подвергается термообработке с целью повышения обрабатываемости, податливости материала заготовки, то её выполняют перед началом обработки лезвийными инструментами;

- контрольные операции, как правило, следует выполнять после каждой стадии обработки, после операций, на которых вероятен брак, а также перед сложными и дорогостоящими операциями ;

Приняв во внимание вышеперечисленное, сформулируем особенности технологического маршрута обработки.

Рисунок 1.10 Поверхности детали «вал ножевой Р312.00.00.0001»

Для повышения податливости материала заготовки необходимо принимаем решение о внедрении термической обработки нормализации при температуре 780°С.

На первой операции механической обработки производится черновое и получистовое точение левого торца 11 (рисунок 1.9.1) и поверхности 1, а после переустановки получим поверхности 2, 3 и правый торец 4, которые будем использовать в качестве базы для последующей обработки. Поверхность 1 необходимо выполнить изначально в виде цилиндра, конус будет получен на этапе обработки отверстия.

После подготовки базы целесообразно обработать поверхности с наибольшими напусками и припусками, а именно, центральные отверстия ?70 и ?69, позиции соответственно 9 и 7, по средствам сверления и многократного растачивания. Поскольку отверстие будет формироваться посредством сверления достаточно большим диаметром режущего инструмента и ожидается значительный съем напуска, то есть необходимость изначально сделать проверку приемлемости принятого метода обработки отверстия по мощности главного привода станка. В результате имеем:

- глубина резания при сверлении равна t=29 мм;

- подача на оборот s_о=0,36 мм/об.

Скорость резания при сверлении:

; (1.25)

Частота вращения заготовки:

(1.26)

Принимаем ближайшую меньшую частоту согласно паспорта станка n=125 мин^-1.

Находим крутящий момент при сверлении.

Мощность резания:

(1.27)

Расчетная мощность резания находится в допустимых пределах мощности главного привода выбранного ранее оборудования Masturn 54 CNC, который равен 17 кВт.

По окончанию черновых переходов обработки центрального отверстия, необходимо убедиться об отсутствии дефектов заготовки. Далее, используя тот же комплект технологических баз, реализуем точением канавки на периферии торца поверхности ?185 и конус. В целом, принятые методы по формированию центрального отверстия просты и недорогие, достаточно производительные.

Для достижения требуемой точности поверхности протяженного цилиндра ?100 мм необходимо организовать, помимо токарной операции, операцию шлифования. Здесь будет обеспечена требуемая точность диаметра и шероховатость поверхности Ra1,6.

Следующей операцией, в силу специфики конструкции детали, будет реализована долбежная операция по формированию шпоночного паза (см. рисунок 1.10, формируемые поверхности 10, 26, 27). Обработка будет выполнена за один установ. Затраты времени в осуществлении метода долбления, есть главный недостаток такой операции.

На последней вертикально-фрезерной операции с ЧПУ за один установ выполним обработку шестигранной поверхности по управляющей программе, сверление, зенкования и нарезку резьбы в отверстии. Для обработки протяженной поверхности шестигранника необходима удлиненная фреза. Обработка будет вестись на небольших скоростях резания при малой подаче, как результат, затраты времени. Подобное решение принимаем в пользу удобства базирования, исключения вспомогательных переходов на переустановку детали, исключения делительных поворотов заготовки.

На основании вышеперечисленных особенностей можно составить последовательность переходов механической обработки детали:

1. Черновое точение торца поверхности ?187 мм;

2. Черновое точение наружной поверхности ?187 мм;

3. Чистовое точение наружной поверхности ?185 мм;

4. Черновое точение торца поверхности ?102,5 мм;

5. Черновое точение наружной поверхности ?102,5 мм;

6. Черновое точение правого торца поверхности ?185 мм;

7. Чистовое точение наружной поверхности ?101 мм;

8. Чистовое точение правого торца поверхности ?185 мм;

9. Чистовое точение наружной конической поверхности ?185 (?180) мм;

10. Чистовое точение канавок на торце поверхности ?185 мм;

11. Сверление отверстие ?58 мм;

12. Черновое растачивание поверхности ?64 мм;

13. Получистовое растачивание поверхности ?68 мм;

14. Черновое растачивание фасок 5*45°;

15. Чистовое растачивание поверхностей ?69 мм;

16. Тонкое растачивание поверхности ?70 мм;

17. Растачивание фаски 1*45°;

18. Предварительное продольное шлифование ?100 мм;

19. Долбление шпоночного паза 10 мм;

20. Черновое фрезерование граней призмы 95мм;

21. Чистовое фрезерование граней призмы 90мм;

22. Центрирование отверстия ?3 мм;

23. Сверление отверстия ?8,5 мм;

24. Зенковка отверстия 1,5*45°;

25. Нарезание резьбы М10;

Произведём предварительный выбор оборудование. Выбор начинают с определения классификационной группы, к которой относится станок. Она должна соответствовать преобладающему на данной операции методу обработки. Затем определяют тип станка в пределах группы.

1. Для выполнения черновой, получистовой и чистовой токарной обработки необходимо использовать токарные станки с ЧПУ, так как тип производства - среднесерийное. Из габаритных размеров детали, позиций инструментальной головки, класса точности и требуемой точности обработки детали, соответствия диапазонов регулирования частот вращения, скоростей подач, мощности привода и стоимости станка выбираем токарный станок с ЧПУ повышенной точности Masturn 54 CNC. Максимальный диаметр обрабатываемой заготовки над станиной ?540 мм, максимальная длина - 1000мм, что является достаточным для обработки детали. Станок также обладает восьмипозиционной инструментальной поворотной головкой, которая позволит установить весь набор режущих инструментов в пределах токарной операции.

3. Окончательную чистовую обработку протяженного цилиндра ?100 мм выполним на оборудовании - станок круглошлифовальный 3М151. Такой станок предназначен для наружного шлифования гладких и прерывистых цилиндрических и пологих конических поверхностей методом продольного шлифования.

4 Для обработки шпоночного паза согласно умозаключению на ранних стадиях проектирования и рекомендациям принимаем решение не менять операцию, ее содержание и используемое оборудование - станок долбежный ГД200 Станок данной группы предназначен для обработки долблением сквозных и несквозных пазов под шпонку. Преимущества данного оборудования в универсальности, доступности для переналадки, возможности установки крупных и тяжелых обрабатываемых деталей.

5. С целью сокращения времени и концентрации переходов фрезерования, сверления, зенкования, нарезания резьбы принимаем 6-ти позиционный фрезерный станок с ЧПУ FSS400 CNC, который позволит выполнить обработку всех поверхностей за один установ. Отличительные особенности: достаточная мощность привода главного движения, широкий диапазон подач и частот вращения шпинделя, высокая жесткость конструкции, устройство автоматической смены режущего инструмента. Применяемые ранее универсальные станки мало технологичны и не в состоянии обеспечить требуемую производительность в условиях среднесерийного производства.

При объединении переходов в технологические операции будем применять принцип концентрации переходов.

Концентрация переходов обеспечивает следующие преимущества:

– возможность повышения производительности обработки за счет совмещения переходов во времени, за счет сокращения переустановок детали, за счет сокращения межоперационного транспортирования;

– сокращения количества оборудования, оснастки, рабочих и производственных площадей;

– повышение точности взаимного расположения поверхностей детали, обработанных за один установ.

Распределим переходы, по технологическим операциям отталкиваясь от возможностей выбранного оборудования:

005 Транспортная

010 Термическая

015 Токарная с ЧПУ (переходы 1 - 17)

Для операций, относящихся к черновой и получистовой стадиям обработки, желательно добиваться максимально возможной концентрации переходов. Объединяем выбранные переходы, так как возможности выбранного оборудования (емкость инструментального магазина, высокая жесткость несущей системы, мощность привода) позволяют это сделать.Также эти переходы обладают общим набором следующих признаков: принадлежность к одной стадии обработки, одинаковость метода обработки, позволяющих применять одинаковое оборудование, вспомогательные и режущие инструменты, общность схемы базирования и закрепления, позволяющая использовать одно приспособление - патрон 3-х кулачковый самоцентрирующийся. Количество инструментов, необходимых для выполнения технологических переходов равно 7, а магазин рассчитан на 8.

020 Контрольная

025 Круглошлифовальная (переход 18)

030 Долбежная (переход 19)

035 Вертикально-фрезерная с ЧПУ (переходы 20 - 25)

Объединенные типовые переходы обладают общим набором следующих признаков: принадлежность к одной стадии обработки, возможность использования необходимых вспомогательных и режущих инструментов, общность схемы базирования и закрепления, позволяющая использовать одно приспособление. Количество инструментов, необходимых для выполнения переходов равно 5, а магазин рассчитан на 12.

040 Слесарная

На этой операции необходимо выполнить осмотр заготовки, при наличии заусенцев, острых кромок на детали их удалить.

045 Моечная

Данная операция проводится с целью очистки от остатков стружки и мусора в растворе моечной машины.

050 Контроль приемочный

1.10 Разработка технологических операций

На этом этапе окончательно определяется состав и порядок выполнения переходов в пределах каждой технологической операции, производится выбор моделей оборудования, станочных приспособлений, режущих и измерительных инструментов.

Для среднесерийного типа производства по числу одновременно обрабатываемых заготовок используем одноместную обработку, по порядку выполнения технологических переходов последовательную структуру.

Подробнейшему рассмотрению подвергнется операция 015 токарная с ЧПУ. Здесь сосредоточенно не малое количество технологических переходов различных методов обработки. Поэтому, для начала произведем систематизацию технологических переходов по установам. Исходя из принципов последовательного формирования поверхностей заготовки, использования одних и тех же поверхностей в качестве баз, концентрации переходов по обработке единых и доступных примыкающих поверхностей заготовки, также с точки зрения доступности режущего инструмента к обрабатываемым поверхностям.

В первый установ будут включены технологические переходы: подрезка развитого торца поверхности ?185 и черновое, получистовое точение цилиндра ?185.

За второй установ будут выполнены такие технологические переходы: подрезка торца цилиндра ?105, черновое и получистовое точение поверхности ?100h9, подрезка малого торца цилиндра ?185, также сверление сквозного отверстия ?58Н14, черновое растачивание отверстия ?64Н12, получистовое растачивание отверстия ?68Н10 с образованием поднутрения ?80 и образования фасок 5*45° и 1*45°., чистовое растачивание отверстия ?69Н9, тонкое растачивание отверстия ?70Н8, точение конуса ?185(?180), точение канавок на развитом торце поверхности ?185 на глубину 5 мм (выдерживая размеры ?115_-0,14 , ?127^+0,16, ?139_-0,16 , ?171^+0,16).

Режущий инструмент выбираем исходя из метода обработки и размеров обрабатываемых поверхностей. Материал режущей части выбираем в зависимости от материала обрабатываемой детали и характера обработки. Выбор режущего и вспомогательного инструмента осуществим по каталогу Sandvik Coromant 2011. Вспомогательный инструмент выбираем с учётом посадочных мест станков и крепёжной части режущего инструмента.

Для токарной обработки будем использовать контурные резцы с трехгранными пластинами с углом в плане ц = 60°. Такие резцы позволяют обтачивать детали по цилиндру, протачивать обратный конус с углом спада до 30°, обрабатывать радиусные и переходные поверхности и протачивать торцы движением от наружного диаметра к центру детали. Отличительная особенность разборных резцов с НМП в быстрой смене пластин, многократном их использовании (использование ровняется количеству граней пластины), экономия материала корпуса, отсутствуют затраты времени на переустановку и наладку инструмента, фасонная форма пластины позволяет ломать или завивать стружку.

Для чернового прохода обработки наружных поверхностей цилиндра и его торца выбираем резец контурный C4-DTJNR-27050-22 с трехгранной пластиной TNMG 22 04 08-MR с углом в плане 60°, толщиной пластины 6,4 мм. Материал режущей части пластины GC2025 - М35 - твердый сплав с CVD покрытием, который оптимизирован для получистовой и черновой обработки аустенитных нержавеющих сталей на умеренных скоростях резания. Высокая прочность режущей кромки делает сплав пригодным для работы в условиях прерывистого резания. Базирования резца в посадочное место револьверной головки осуществим при помощи базового держателя RС2090.

Для чистового точения наружного цилиндра и его торца выбираем резец контурный c4-DTJNR-27050-22, трехгранную пластину TNMG 22 04 04 с углом в плане 60° с толщиной пластины 6,4 мм. Материалом режущей части является твердый сплав GC1115 - M15. Отличительная особенность этого сплава: хорошая стойкость к повышенным температурам, пластической деформации. Назначение - получистовая и чистовая обработка нержавеющих сталей на умеренных скоростях резания. Установку резца в посадочное отверстие револьверной головки необходимо выполнить с базовым держателем - RC2090.

Обработку канавок выполним резцом канавочным RF 151.37-2525-112B30, со сменной пластиной 151.3-5Е. Применив такой резец целевого назначения получим благоприятные условия по формированию профиля канавки на развитом торце. Маркой сплава режущей части служит твердый сплав - GC1115-M15. Резец будет установлен при помощи специального адаптера - с6-ASHR-38130-25 в посадочное место револьверной головки.

На первоначальном этапе формирования внутренней полости для данной заготовки необходимо выполнить сверление, так как оно является самым простым в реализации и недорогим методом в качестве предварительной обработки отверстия. Предварительную обработку сквозного отверстия осуществим сверлом ?58 удлиненной серии Coro Drill 880-D5800 L50-04 с двумя неперетачиваемыми пластинами: у периферии - 880-03 03 w06Н-Р-MS, по центру - 880-03 03 05Н-С-LM. Материал режущей части - твердый сплав GC2025 - М35. Длина рабочей части сверла 237 мм, что является достаточным для обработки отверстия глубиной 227 мм. Для базирования сверла в револьверной головке применяем вспомогательное устройство - патрон регулировочный - с5-391.277-01 04 ОВ.

Расточку внутреннего контура сделаем за четыре технологических перехода. Здесь будет получены ответственные поверхности ?70Н8 и ?69Н9, фаски, выточка под ?80 мм.

Выбираем расточную оправку А40Т-DVUNR с неперетачиваемой ромбической пластиной VNMG 16 04 08 KM. Оптимизированная геометрия ромбической пластины с углом в планец = 35° позволяет выполнять растачивание сквозных отверстий и проточки выточек. Приведем некоторые конструктивные параметры: вылет рабочей части состовляет 300мм, сечение крепежной части корпуса резца круглое ?40 мм, длина режущей кромки состовляет 16мм. Материал режущей части служит твердый сплав GC2025 - M25. Данный сплав служит для получистовой и черновой обработки аустенитных и дуплексных нержавеющих сталей на умеренных скоростях резания. Ориентация расточной оправки в револьверной головке осуществляется с помощью вспомогательного устройства - c5-131-00055-16.

На этапах чистовой расточки будет применяться та же оправка А40Т-DVUNR с ромбической пластиной VNMG 16 04 04 LC. Специализированная геометрия данной пластины хорошо подходит для чистовой обработки вязких аустенитных сталей на умеренных скоростях резания. Длина режущей кромки пластины составляет 16 мм. Параметры расточной оправки представлены выше. Расточная оправка будет установлена на позицию револьверной головки с помощью устройства - c5-131-00055-16.

Для измерения линейных размеров 5, 53, 227, ?100H9 ШЦ-I-250-0,05 ГОСТ 166-89. Для измерения более точных размеров внутренних диаметров ?70Н8 и ?69Н9 - нутромер 154 ГОСТ 9244-75 (допускаемая погрешность ±0,004 мм). Для контроля шероховатости поверхности будем использовать - профилометр 252 ГОСТ 19300-73 с диапазоном измерения 0,02-100 мкм. Для измерения радиального биения используем контрольное приспособление - индикатор 1МИГ ГОСТ 9696-82.

При выборе приспособлений руководствуемся эффективностью применения данных приспособлений в серийном производстве и степенью их механизации.

На токарной операции в качестве станочного приспособления служит патрон 3-х кулачковый самоцентрирующийся с механизированным приводом зажима, который будет спроектирован в конструкторском разделе.

Для остальных операций выбор режущего и вспомогательного инструмента выполним аналогичным образом.

На основании этих данных заполняем операционные карты.

1.11 Определение припусков расчётно-аналитическим методом

Произведем расчет припусков расчетно-аналитическим методом для двух поверхностей разной формы и построим схемы расположения припусков и допусков для них.

Произведём расчет припусков на обработку внутренней поверхности ?70Н8.

Заготовка вала - поковка, получаемая штамповкой на горизонтально-ковочной машине (ГКМ), массой 22,4 кг. , из стали 12Х18Н10Т. Характеристика поковки по ГОСТ 7505-89: класс точности - Т5; группа стали - М3; степень сложности С2; исходный индекс 19. При смыкании штампа ось поковки формируется в плоскости его разъема. Допуск на диаметр посадочного отверстия заготовки, соответствующей посадочному отверстию готовой детали ТАо=5,0 мм, с предельными отклонениями . Этот допуск входит в пределы допуска 7,4 мм, соответствующего 18 квалитету и интервалу размеров 50…80 мм.

Обработку производим в следующей последовательности:

1. Сверление IT=14, TD₁= 0,74 мм;

2. Черновое растачивание IT=12, TD₂=0,3 мм;

3. Получистовое растачивание IT=10, TD₃=0,12 мм;

4. Чистовое растачивание IT=9, TD₄=0,074 мм;

5. Тонкое растачивание IT=8, TD₅=0,046 мм;

Переходы 1-5 выполняются на токарном станке с ЧПУ Masturn 54. В качестве приспособления используется трёхкулачковый патрон.

Определим составляющие минимальных припусков R_zi-1 и h_i-1 для поверхностей, получаемых после каждого перехода:

- для поверхности после штамповки R_z0=0,160 мм, h₀=0,250 мм;

- для поверхности после сверления R_z1=0,063 мм, h₁=0,06 мм;

- для поверхности после чернового растачивания R_z2=0,05 мм, h₂=0,03 мм;

- для поверхности после получистового растачивания Rz3=0,015 мм, h3=0,03 мм;

- для поверхности после чистового растачивания R_z4=0,005 мм, h₄=0,015 мм;

- для поверхности после тонкого растачивания R_z5=0,0016 мм, h₅=0,007 мм;

Значение пространственных отклонений для заготовки в виде тела вращения, установленной консольно в трехкулачковом патроне, рассчитывается по формуле:

(1.28)

где - погрешность радиального смещения оси обрабатываемого цилиндра (=1,4), мм;

- погрешность коробления заготовки в месте расположения обрабатываемого цилиндра;

При этом коробление для длинной заготовки :

(1.29)

де L - расстояние от кулачков патрона до дальней точки обрабатываемого цилиндра, мм;

- удельная кривизна заготовки, мм/мм;

Тогда пространственное отклонение:

(1.30)

Значения для припусков на другие переходы определим упрощенно по формуле:

(1.31)

где - K_уi-1 - коэффициент уточнения i-1 перехода;

с_{i-2 -} суммарная погрешность формы и расположения поверхности после i-2 перехода;

после сверления:

с₁=1,4/6,3=0,222 мм;

после чернового растачивания:

с₂ = 0,222/2,56 =0,086 мм;

после получистового растачивания:

с₃ = 0,086/2,56=0,034 мм;

после чистового растачивания:

с₄= 0,034/1,6=0,021 мм;

после тонкого растачивания:

с₅= 0,021/1,6 =0,013 мм;

Погрешность установки заготовки в трехкулачковом самоцентрирующем токарном патроне рассчитывается по формуле:

(1.32)

где - погрешность базирования, вызванная неточностью размера базы, возникает при базировании по поверхностям вращения;

- погрешность базирования, вызванная неточностью формы и шероховатостью базы;

- погрешность закрепления;

- погрешность приспособления.

При базировании по наружной цилиндрической базе в трехкулачковом самоцентрирующем патроне рассеяние диаметра наружной цилиндрической базы не вызывает рассеяния положений ее оси относительно центра схождения кулачков, и поэтому =0 во всех радиальных направлениях.

Величина =0, так как для обработки всей партии будем использовать один экземпляр приспособления, и погрешность его изготовления можно компенсировать при настройке станка.

В нашем случае значения и трудно определить раздельно, поэтому их сумму находим по справочным данным - е = 0,3 мм.

Тогда погрешность установки:

Так как условия установки для выполнения всех переходов одинаковы, то .

Погрешность позиционирования револьверной головки с набором инструментов на токарном станке с ЧПУ в состав минимальных припусков не включаем, так как она не влияет на расположение оси обрабатываемой поверхности. Она входит в технологический допуск на получаемый диаметр и учитывается в максимальном припуске.

Погрешность позиционирования рабочих органов станка с ЧПУ будет иметь место, по причине обусловленной неодинаковым положением рабочего органа при его нескольких повторяющихся выходах в одну и ту же заданную программой координату. Также на точность позиционирования может влиять и тип системы ЧПУ станка. Величина погрешности токарно-револьверного станка согласно справочным данным - е_поз=8,6 мкм.

Минимальные двухсторонние припуски для отдельных переходов мехобработки определяем по формуле:

(1.33)

- для сверления:

=3,683 мм;

- для чернового растачивания:

=1,006 мм;

- для получистового растачивания:

=0,801 мм;

- для чистового растачивания:

=0,711 мм;

- для тонкого растачивания:

=0,658 мм;

Максимальные размеры для каждого перехода определяем начиная с последнего перехода, формирующего размер готового отверстия детали.

Для тонкого растачивания:

= 70 мм;

Для предыдущих переходов:

(1.34)

- для чистового растачивания:

A_4max = 70-0,658=69,342 мм;

- для получистового растачивания:

A_3max = 69,342-0,711=68,631 мм;

- для чернового растачивания:

A_2max = 68,631-0,801=67,83 мм;

- для сверления:

A_1max = 67,83-1,006=66,824 мм;

- для штамповки

A_0max = 66,824-3,683=63,141 мм;

Минимальные размеры для каждого перехода:

; (1.35)

- для тонкого растачивания:

;

- для чистового растачивания:

A_4min= 69,342-0,074=69,268 мм;

- для получистового растачивания:

A_3min = 68,631-0,12=68,511 мм;

- для чернового растачивания:

A_2min = 67,83-0,3=67,53 мм;

- для сверления:

A_1min = 66,824-0,74=66,084 мм;

- для штамповки:

A_0min =63,141-5,0=58,141 мм;

Максимальный двухсторонний припуск для каждого перехода мехобработки определяется по формуле:

(1.36)

- для чистового растачивания:

2Z_5max =69,954-69,268=0,686 мм;

- для получистового растачивания:

2Z_4max =69,268-68,511=0,757 мм;

- для чернового растачивания:

2Z_3max =68,511-67,53=0,981 мм;

- для рассверливания:

2Z_2max =67,53-66,084=1,446 мм;

- для сверления:

2Z_1max =66,084-58,141=7,943 мм;

Общий двухсторонний минимальный припуск определяем по формуле, удвоив правую и левую ее части:

(1.37)

2•Z_?min =3,683+1,006+0,801+0,711+0,658= 6,859 мм;

Общий двухсторонний максимальный припуск определяем по формуле, удвоив правую и левую ее части:

(1.38)

2Z_?max =7,943+1,446+0,981+0,757+0,686=11,813 мм;

Выполним проверку правильности арифметических расчетов припусков по формуле, удвоив правую и левую ее части:

(1.39)

где TA₀ - допуск размера заготовки;

TA_m - допуск размера готовой детали.

Результат расчета правой части совпадает со значением , что свидетельствует о правильности расчетов.

Следовательно, расчёты межоперационных припусков произведены правильно.

Все расчёты параметров припусков сведём в таблицу 1.4.

Общий номинальный двухсторонний припуск определим по формуле, удвоив припуски в правой и левой ее части и учитывая отклонения диаметров заготовки и детали:

(1.40)

мм

Рассчитанный односторонний номинальный припуск ZУном=4,28 мм не превышает припуск, назначенный по ГОСТ 7505-89 с учетом характеристик поковки zст=4,4 мм.

Таблица 1.4 - Составляющие припусков, предельные припуски и размеры для переходов обработки цилиндра ?70Н8

Номер перехода	Наименование перехода	Допуск, ТAi, мм	Составляющие минимального припуска,мм	Предельные припуски, мм	Предельные размеры, мм
			Rzi	hi	сi	еyi	2Zimin	2Zimax	Aimin	Aimax
0	Горячая штамповка	5,0	0,16	0,250	1,4	-	-	-	58,141	63,141
1	Сверление	0,74	0,063	0,06	0,222	0,3	3,683	7,943	66,084	66,824
2	Черновое точение	0,3	0,05	0,03	0,086	0,3	1,006	1,446	67,53	67,83
3	Получистовое точение	0,12	0,015	0,03	0,034	0,3	0,801	0,981	68,511	68,631
4	Чистовое точение	0,074	0,005	0,015	0,021	0,3	0,711	0,757	69,268	69,342
5	Тонкое точение	0,046	0,001	0,007	0,013	0, 3	0,658	0,686	69,954	70
Предельные общие припуски	2Z?min	2Z?max	-
	6,859	11,813

На основании заполненной таблицы 1.4 составляем схему расположения припусков, допусков и предельных размеров, представленную на рисунке 1.11.

Рисунок 1.11 - Схема расположения припусков, допусков и предельных размеров для внутренней цилиндрической поверхности ?70Н8

Выполним расчет припусков на обработку, при этом необходимо выдержать размер ?100_-0,087 с шероховатостью Ra1,6.

Допуск наружного диаметра цилиндра заготовки под соответствующую призму заданной детали равен ТАо=5,6 мм, с предельными отклонениями . Этот допуск входит в пределы допуска 8,7 мм, который примерно соответствует 19 квалитету и интервалу размеров 80…120 мм.

Обработку производим в следующей последовательности:

1. Черновое точение IT=16, TD₁= 2,2 мм;

2. Получистовое точение IT=14, TD₂=0,87 мм;

3. Чистовое точение IT=12, TD₃=0,35 мм;

4. Тонкое точение IT=10, TD₄=0,14 мм;

5. Предварительное круглое шлифование IT=9, TD₅=0,087 мм;

Переходы 1-4 выполняются на токарной операции на оборудовании с ЧПУ. Заготовка устанавливается в 3-хкулачковом самоцентрирующем патроне. Переход 5 выполняется на шлифовальной операции, заготовка в этом случае, базируется на разжимную оправку.

Определим составляющие минимальных припусков R_zi-1 и h_i-1 для поверхностей, получаемых после каждого перехода:

- для поверхности после штамповки R_z0=0,16 мм, h₀=0,250 мм;

- для поверхности после чернового точения R_z1=0,04 мм, h₁=0,07 мм;

- для поверхности после получистового точения R_z2=0,02 мм, h₂=0,03 мм;

- для поверхности после чистового точения R_z3=0,015 мм, h₃=0,022 мм;

- для поверхности после тонкого точения R_z4=0,0063 мм, h₄=0,01 мм;

- для поверхности после предварительного шлифования R_z5=0,0016 мм, h₅=0,020 мм;

Значение пространственных отклонений для заготовки в виде тела вращения, установленной консольно в трехкулачковом патроне рассчитывается по формуле:



где - погрешность радиального смещения оси обрабатываемого цилиндра ( =1,4), мм;

- погрешность коробления заготовки в месте расположения обрабатываемого цилиндра, мм;

При этом коробление для длинной заготовки :

где L - расстояние от кулачков патрона до дальнейшей точки обрабатываемого цилиндра, мм;

- удельная кривизна заготовки, мм/мм;

Тогда пространственное отклонение:

Значения для припусков на другие переходы определим упрощенно по формуле:

где K_уi-1 - коэффициент уточнения i-1 перехода;

с_{i-2 -} суммарная погрешность формы и расположения поверхности после i-2 перехода;

после чернового точения:

с₁ = 1,4/4,1=0,341 мм;

после получистового точения:

с₂ = 0,341/2,56=0,052 мм;

после чистового точения:

с₃ = 0,052/2,56=0,020 мм;

после тонкого точения:

с₄ = 0,020/2,56=0,008 мм;

после предварительного шлифования:

с₅ = 0,008/1,6=0,005 мм;

Погрешность установки заготовки в трехкулачковом самоцентрирующем токарном патроне рассчитывается по формуле:

где - погрешность базирования, вызванная неточностью размера базы, возникает при базировании по поверхностям вращения;

- погрешность базирования, вызванная неточностью формы и шероховатостью базы;

- погрешность закрепления;

- погрешность приспособления.

При базировании по наружной цилиндрической базе в трехкулачковом самоцентрирующем патроне рассеяние диаметра наружной цилиндрической базы не вызывает рассеяния положений ее оси относительно центра схождения кулачков, и поэтому = 0 во всех радиальных направлениях.

Величина =0, так как для обработки всей партии будем использовать один экземпляр приспособления, и погрешность его изготовления можно компенсировать при настройке станка.

В нашем случае значения и трудно определить раздельно, поэтому их сумму находим по справочным данным - е = 0,4 мм.

Тогда погрешность установки в 3-х кулачковый патрон:

Так как условия установки для выполнения всех переходов одинаковы, то .

Погрешность позиционирования револьверной головки с набором инструментов на токарном станке с ЧПУ в состав минимальных припусков не включаем, так как она не влияет на расположение оси обрабатываемой поверхности. Она входит в технологический допуск на получаемый диаметр и учитывается в максимальном припуске.

Погрешность позиционирования рабочих органов станка с ЧПУ имеет место (причина была рассмотрена выше, см. расчет поверхности ?70Н8). Согласно справочнику величина погрешности токарно-револьверного станка - е_поз=8,6 мкм.

Погрешность установки на центрирующую оправку на шлифовальной операции рассчитываем по тем же принципам, которые описаны выше.

Значения и определить раздельно затруднительно, поэтому их сумму находим по справочным данным - е = 0,04 мм, а учитывая то, что погрешность установки на оправках с пневмозажимом меньше на 30% по сравнению с указанными в таблице, имеем е = 0,028 мм.

Минимальные двухсторонние припуски для отдельных переходов мехобработки определяем по формуле:

- для чернового точения:

=3,732 мм;

- для получистового точения:

=1,284 мм;

- для чистового точения:

=0,924 мм;

- для тонкого точения:

=0,892 мм;

- для предварительного шлифования:

=0,091 мм;

Минимальные размеры, получаемые на отдельных переходах, определяем начиная с последнего перехода, формирующего размер поверхности готовой детали.

Для предварительного шлифования:

= 99,913 мм;

Для предыдущих переходов:

(1.41) - тонкого точения:

A_4min = 99,913+0,091=100,004 мм;

- для чистового точения:

A_3min = 100,004+0,892=100,896 мм;

- для получистового точения:

A_2min = 100,896+0,924=101,82 мм;

- для чернового точения:

A_1min = 101,82+1,284=103,104 мм;

- для штамповки:

A_0min = 103,104+3,732=106,836 мм;

Максимальные размеры для каждого перехода:

; (1.42)

- для предварительного шлифования:

A_5max= мм;

- для тонкого точения:

;

- для чистового точения:

A_3max= 100,896+0,35=101,246 мм;

- для получистового точения:

A_2max = 101,82+0,87=102,69 мм;

- для чернового точения:

A_1max = 103,104+2,2=105,304 мм;

- для штамповки:

A_0max = 106,836+5,6=112,436 мм;

Максимальный двухсторонний припуск для каждого перехода мехобработки определяется по формуле:

(1.43)

- для предварительного шлифования:

2Z_5max =100,144-100=0,144 мм;

- для тонкого точения:

2Z_4max =101,246-100,144=1,102 мм;

- для чистового точения:

2Z_3max =102,69-101,246=1,444 мм;

- для получистового точения:

2Z_2max =105,304-102,69=2,614 мм;

- для чернового точения:

2Z_1max =112,436-105,304=7,132 мм;

Общий двухсторонний минимальный припуск определяем по формуле, удвоив правую и левую ее части:

(1.44)

2•Z_?min =3,732+1,284+0,924+0,892+0,091=6,923 мм;

Общий двухсторонний максимальный припуск определяем по формуле, удвоив правую и левую ее части:

(1.45)

2Z_?max=7,132+2,614+1,444+1,102+0,144=12,436 мм;

Выполним проверку правильности арифметических расчетов припусков по формуле:

где TA₀ - допуск размера заготовки;

TA_m - допуск размера готовой детали.

Результат расчета правой части совпадает со значением , что свидетельствует о правильности расчетов.

Следовательно, расчёты межоперационных припусков произведены правильно.

Все расчёты параметров припусков сведём в таблицу 1.5.

Общий номинальный двухсторонний припуск определим по формуле, удвоив припуски в правой и левой ее части и учитывая отклонения диаметров заготовки и детали:

(1.46)

мм

Таблица 1.5- Составляющие припусков, предельные припуски и размеры для переходов обработки цилиндра ?100h9

Номер перехода	Наименование перехода	Допуск, ТAi, мм	Составляющиеминимального припуска, мм	Предельные припуски, мм	Предельные размеры, мм
			Rzi	hi	сi	еyi	2Zimin	2Zimax	Aimin	Aimax
0	Горячая штамповка	5,6	0,160	0,250	1,4	-	-	-	106,836	112,436
1	Черновое точение	2,2	0,04	0,07	0,341	0,4	3,732	7,132	103,104	105,304
2	Получистовое точение	0,87	0,02	0,03	0,052	0,4	1,284	2,614	101,82	102,69
3	Чистовое точение	0,35	0,015	0,022	0,020	0,4	0,924	1,444	100,896	101,246
4	Тонкое точение	0,14	0,0063	0,010	0,008	0,4	0,892	1,102	100,004	100,144
5	Предварительное шлифование	0,087	0,0016	0,020	0,005	0,028	0,091	0,144	99,913	100
Предельные общие припуски	2Z?min	2Z?max	-
	6,923	12,436

На основании заполненной таблицы 1.5 составляем схему расположения припусков, допусков и предельных размеров, представленную на рисунке 1.12



Рисунок 1.12 - Схема расположения припусков, допусков и предельных размеров для наружной цилиндрической поверхности ?100h9

1.12 Выявление и расчёт технологической размерной цепи

При разработке технологических процессов механической обработке заготовок деталей машин технологу часто приходится вместо конструкторских размеров использовать иные размеры и определять допуски на них, но так, чтобы в результате их выполнения обеспечивались размеры и допуски, установленные чертежом детали. Определение технологических размеров и допусков должно производиться на основе выявления и расчёта технологических размерных цепей, выражающих связь размеров обрабатываемой детали по мере выполнения технологического процесса.

Рассмотрим размерную цепь, возникающую при чистовом точении канавки на развитом торце в направлении параллельном оси заготовки. После выполнения токарного перехода по обработке поверхности канавки размер ее в осевом направлении будет равен мм. Данный размер отсчитывается не от технологической базы (внешнего торца цилиндра ?100 мм), а от предварительно обработанной поверхности торца фланцевой части вала. При этом не соблюдается принцип единства технологической и измерительной базы поэтому необходимо рассчитать размер А_Д, на который будет настраиваться инструмент. В размерную цепь входят следующие размеры: расстояние от технологической базы до ранее обработанной поверхности, от которой проставлен чертежный размер; расстояние от технологической базы до обрабатываемой поверхности. Размерная цепь имеет вид:



Рисунок 1.13 - Технологическая размерная цепь

Составляющими звеньями являются: уменьшающее звено А₂, увеличивающее звено А₁=227 мм. Номинальный размер звена:

А₂= А₁-A_Д=227-5=222 мм (1.47)

К замыкающему звену предъявляются следующие требования:

Связь между допуском замыкающего звена и допусками составляющих звеньев устанавливается способом одинакового квалитета. Найдём количество единиц допуска:

 (1.50)

где i_j- единица допуска j-го звена.

По полученному значению а_С назначаем допуски и предельные отклонения по 9 квалитету точности на все звенья, кроме замыкающего и корректирующего:

ТА₁=115 мкм;А₁=227_-0,115 мм;

Расчет допуска корректирующего звена:

(1.51)

ТА₂=300-115=185 мкм;

Расчет координаты середины поля допуска составляющих звеньев:

(1.52)

E_CA₁=0-115/2= -57,5 мкм.

Расчет координаты середины поля допуска корректирующего звена:

(1.53)

где - о коэффициент для увеличивающего звена - 1, для уменьшающего звена - ( -1):

E_CА₂=1/-1•(-0,15-(-57,5))= -57,35 мкм;

Расчет предельных отклонений корректирующего звена:



В итоге расчета размерной цепи получили следующие размеры:

Сделаем вывод о годности принятого технологического процесса для получения размеров с найденной точностью. Для этого сравним допуски полученных размеров с допусками соответствующими средней экономической точности примятых методов обработки. Так как размеры А₁ и А₂ имеет допуск по 9 и 10 квалитету соответственно, а принятый технологический процесс обеспечивает получение данных размеров по 13 квалитету, то необходимо ввести дополнительные стадии обработки для получения требуемой точности размеров. Так дополнительно вводим 2 токарных перехода для дополнительного точения торца вала, что обеспечит получение заданных размеров по 9 и 10 квалитетам.

1.13 Определение режимов резания

Рассчитаем режимы резания для двух переходов выполняемых разными методами резания. В качестве одного из переходов, принимаем тот для которого нужно спроектировать станочное приспособление. На все остальные переходы режимы резания определим по нормативам.

Произведём расчёт режимов резания при черновой обработке сверлением отверстия вала ?58 мм на токаной операции 015.

Заготовка устанавливается в приспособление 3-х кулачкового самоцентрирующегося патрона и обрабатывается спиральным сверлом с пластинами из твердого сплава GC2025.

Запишем параметры, связанные с размерами срезаемого слоя заготовки:

- глубина резания при сверлении равна t=29 мм;

- подача на оборот s_о=0,36 мм/об.

Скорость резания при сверлении:

, (1.56)

где Т - период стойкости инструмента, Т=45 мин;

C_v - поправочный коэффициент;

х, m, y - показатели степени, характеризующие параметры резания;

С_V = 3,5; q = 0,5; y = 0,45; m = 0,12;

(1.57)

где K_МV - коэффициент на обрабатываемый материал;

K_ИV - коэффициент, учитывающий инструментальный материал;

K_lV - коэффициент, учитывающий глудину сверления;

(1.58)

где _B - физический параметр, характеризующий обрабатываемый материал;

К_Г и n_v - коэффициент и показатель степени, характеризующие группу стали по обрабатываемости;

К_Г = 0,8; n_v = 1;

K_ИV = 1,0 (для твердого сплава); K_ПV = 0,8;

K_lV = 1,0 (для глубины отверстия равной четырем диаметрам);

K_V = 1,181,00,85 = 1,0

Частота вращения заготовки:

(1.59)

где D - диаметр сверла, мм;

Принимаем ближайшую меньшую частоту согласно паспорта станка n=125 мин^-1.

Уточним скорость резания:

(1.60)

Сила резания при сверлении (осевая):

(1.61)

где - коэффициент, учитывающий фактические условия резания;

C_v - поправочный коэффициент;

q, y - показатели степени, характеризующие силу резания;

D - диаметр сверла, мм

Коэффициент, учитывающий фактические условия работы:

(1.62)

где - n_v - коэффициент, учитывающий инструментальный материал, n_v = 1;

Коэффициенты и показатели степеней :

С_Р = 42; q=1,0; у = 0,7;

Тогда, осевая сила резания:

Находим крутящий момент при сверлении.

(1.63)

где Cм - поправочный коэффициент;

q, y - показатели степени, характеризующие факторы крутящего момента;

Имеем: См=0,041; q=2,0; y=0,7;

Мощность резания:

(1.64)

Назначенные режимы и требуемая для их обеспечения мощность может обеспечить выбранный ранее станок Masturn 54 CNC с мощностью главного привода 17 кВт.

В качестве другого примера, выполним расчет режимов резания для черновой обработки граней призмы на фрезерном станке с ЧПУ на операции фрезерной 035. Заготовка базируется на приспособлении цанговой оправки. Обработка осуществляется концевой фрезой из быстрорежущей стали Р6М5.

Запишем параметры, связанные с размерами срезаемого слоя заготовки:

- глубина фрезерования - t = 4 мм;

- ширина фрезерования - В = 174 мм;

Для однократного фрезерования выбираем подачу на зуб для материала Р6М5 S_Z = 0,16 мм.

Скорость резания при фрезеровании - окружная скорость вращения фрезы:

(1.65)

где Т - период стойкости и показатели степеней находим по таблицам:

С_V = 108; q = 0,2; x = 0,06; y = 0,3; u = 0,2; p = 0; m = 0,32; T = 180 мин.

K_V = K_МVK_ПVK_ИV, (1.66)

где K_МV - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

K_ПV - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

K_ИV - коэффициент, учитывающий материал инструмента.

(1.67)

где _B - физический параметр, характеризующий обрабатываемый материал;

К_Г; n_v - коэффициент и показатель степени, характеризующие группу стали по обрабатываемости;

Коэффициенты: K_ИV = 1; K_ПV = 0,8.

K_V = 1,180,81 = 0,94;

Определяем окружную скорость вращения фрезы:

Частота вращения фрезы:

(1.68)

Принимаем по паспорту станка n = 125 мин^-1.

Уточним окружную скорость:

(1.69)

Главная составляющая силы резанья при фрезеровании - окружная сила, Н.

(1.70)

Коэффициенты и показатели степеней определяем для концевой фрезы фрезы ?60 мм из быстрорежущей стали Р6М5:

С_Р = 68,2; х = 0,86; у = 0,72; u = 1; q = 0,86; w = 0;

К_МР определяется по формуле:

(1.71)

Тогда окружная сила резания на одной фрезе равна:

Находим мощность резания:

(1.72)

Назначенные режимы и требуемую для их обеспечения мощность может обеспечить выбранный ранее станок FSS400CNC с мощностью главного привода 12 кВт.

На все остальные операции режимы резания определим по нормативам, приводимым в технических справочниках, и полученные результаты расчетов режимов резания сведём в таблицу 1.6.

Таблица 1.6 - Сводная таблица режимов резания при обработке шестерни

	t, (В) мм	sz, мм/зуб (s0, мм/об, S, мм/дв.х)	Т, мин	V, м/мин, (м/с)	n, мин-1 (n'., дв.х/мин)	sм, мм/мин	N, кВт	l, мм
015 Токарная с ЧПУ
Установ 1
Черновое точение левого торца цилиндра ?191	1,5	0,36	50	146	250	90	3,01	96
Черновое точение поверхности ?187 мм	2	0,9	50	108	160	144	3,7	56
Получистовое точение левого торца цилиндра ?187	1,5	0,36	60	174	250	90	3,2	94
Получистовое точение поверхности ?185 мм	1,0	0,36	60	174	250	90	3,2	54,5
Установ 2
Черновое точение правого торца	1,5	0,36	50	146	250	90	3,01	55
Черновое точение поверхности ?105 мм	2,5	0,81	50	114	200	162	5,5	176
Черновое точение правого торца цилиндра ?185	0,5	0,1	50	214	355	35,5	0,98	43
Получистовое точение правого торца	2,0	0,5	60	136	200	100	3,4	55
Получистовое точение поверхности ?102	1,5	0,5	60	136	200	100	4,2	174
Получистовое точение правого торца цилиндра ?185	1,0	0,5	60	154	250	125	1,3	42,5
Чистовое точение поверхности ?101	1,0	0,19	65	200	355	67,5	0,83	174
Получистовое точение конической поверхности ?185 (?180)	2,5	0,5	60	125	200	100	1,5	53
Точение канавок на торце Конической поверхности ?185(?180)	5,0	0,18	45	140	200	36	2,56	10
Сверление отверстие ?58	29	0,36	45	22,77	125	45	6,5	227
Черновое растачивание отверстия ?64	3,0	0,9	60	108	160	144	3,7	227
Получистовое растачивание отверстия ?68	2,0	0,5	60	136	200	100	3,21	227
Растачивание фасок	5,0	0,1	60	166	250	25	1,1	16
Чистовое растачивание отверстия ?69	0,5	0,13	90	135	355	46	2,32	85
Тонкое растачивание отверстия ?70	0,5	0,1	90	230	400	40	1,5	60
025 Круглошлифовальная
Предварительное круглоешлифование поверхности ?100	0,02	Sп=0,3 м/мин	30	Vзаг=25 vкр=35	nзаг=63 nкр=1590	0,76	2,04	174
030 Долбежная
Долбление шпоночного паза	1,5	0.25	45	7	45	-	1,3	60
035 Вертикально-фрезерная с ЧПУ
Фрезерование призмы черновое	4	0,16	180	23,55	125	20	7,2	174
Фрезерование призмы получистовое	1,0	0,1	180	26	125	12,5	4,8	174
Центрирование отверстий	2,0	0,11	90	15	710	78,1	0,5	4,0
Сверление отверстий	4,0	0,1	45	28	900	90	0,6	20
Зенкование фасок отверсий	1,5	0,4	60	23	450	180	0,5	1,5
Нарезание резьбы в отверстиях	1,295	1,5	60	v=2,9 v1=2,0	n=92 n1=63	138	0,8	20

1.14 Определение норм времени на операции

В условиях серийного производства затраты времени на выполнение одной операции над одним объектом производства задаётся нормой штучно-калькуляционного времени:

; (1.73)

где - подготовительно-заключительное время, мин;

m - количество деталей в партии, шт:

m=N•a/Ф; (1.74)

где N - годовой объём выпуска деталей, шт;

а - число дней запаса деталей для сборки, дн;

Ф - число рабочих дней в году, дн.

Норма штучного времени определяется:

; (1.75)

где а_тех - доля времени технического обслуживания от оперативного времени, %;

а_орг - доля времени организационного обслуживания от оперативного времени, %;

а_отд- доля времени на отдых и личные потребности от оперативного времени, %;

Оперативное время:

Т_оп = Т_о+ Т_в; (1.76)

где Т_в - вспомогательное время, мин;

Т_о - основное время (сумма несовмещаемых времён всех основных технологических переходов операции), мин.

Также необходимо определить:

- время технического обслуживания (серийный тип производства):

; (1.77)

- время организационного обслуживания:

; (1.78)

- время на отдых и личные потребности:

; (1.79)

- подготовительно заключительное время

- вспомогательное время

Подробно рассмотрим расчёт норм времени для операции 015 токарной с ЧПУ. Результаты расчёта указанной операции и всех ос...