Проектирование привода станка

300… 3000

Механизмы, используемые в течение коротких периодов времени

3000…8000

Ответственные механизмы, работающие с перерывами (вспомогательные механизмы на силовых станциях)

8000… 12000

Машины для односменной работы с неполной нагрузкой (стационарные электродвигатели, редукторы общепромышленного назначения)

10000…25000

Машины, работающие с полной нагрузкой в одну смену (машины общего машиностроения)

~25000

Машины для круглосуточного использования (компрессоры, шахтные подъемники, стационарные электромашины, судовые приводы, текстильное оборудование)

?40000

Непрерывно работающие машины с высокой нагрузкой (оборудование бумагоделательных фабрик, энергетические установки, шахтные насосы, оборудование торговых морских судов, карусельные печи)

~100000

Здесь - параметр режима смазки - характеризует гидродинамический режим смазки подшипника (относительную тол-шину смазочной пленки). Расчет приведен, например, в [1, 2].

Формулы расчета ресурса справедливы при частотах вращения свыше 10 об/мин до предельных по каталогу, а также если Рг (или Рa), а при переменных нагрузках Рrmax (или Pamax) не превышают 0,5Сг (или O, 5 Ca). 8. Оценивают пригодность намеченного типоразмера подшипника. Подшипник пригоден, если расчетный ресурс больше или равен требуемому:

Lsah ? L 'sah

В некоторых случаях в одной опоре устанавливают два одинаковых радиальных или радиально-упорных однорядных подшипника, образующих один подшипниковый узел. При этом пару подшипников рассматривают как один двухрядный подшипник. При определении ресурса по формулеп. 7 вместо С_г подставляют базовую динамическую радиальную грузоподъемность С_rсум комплекта из двух подшипников:

для шарикоподшипников С_rсум = 1,625 С_r,

для роликоподшипниковС _{r сум} = 1,714 C_r.

Базовая статическая радиальная грузоподъемность такого комплекта равна удвоенной номинальной грузоподъемности одного однорядного подшипника С _orсум = 2С_ог.

При определении эквивалентной нагрузки Р_r значения коэффициентов Х и Y принимают как для двухрядных подшипников: для шарикоподшипников.

Пример 1. Подобрать подшипники качения для опор выходного вала цилиндрического зубчатого редуктора (рисунок 2.8). Частота вращения вала

n = 120 об/мин.

Требуемый ресурс при вероятности безотказной работы 90%:

L '_10ah = 25000 ч.

Диаметр посадочных поверхностей вала d =60 мм. Максимальные, длительно действующие силы: F_r1max =6400 Н, F_r2max =6400 Н, F_Amax = 2900 H. Режим нагружения - II (средний равновероятный). Возможны кратковременные перегрузки до 150% номинальной нагрузки. Условияприменения подшипников - обычные. Ожидаемая температура работы t_раб = 50°С.

Решение. 1. Для переменного типового режима нагружения II коэффициент эквивалентности К_E, = 0,63 (см. п. 6).

Вычисляем эквивалентные нагрузки, приводя переменный режим нагружения к эквивалентному постоянному (рисунок 2.4):

F_r1 = К_E• F_r1max = 0,63•6400 =4032 Н;

Рисунок 2.6. Расчетная схема к примеру 1

F_r2 = К_E •F_r2max = 0,63•6400 =4032 Н;

F_A = К_E •F_{A max} = 0,63 • 2900 =1827 Н;

2. Предварительно назначаем шариковые радиальные подшипники легкой серии 212. Схема установки подшипников: 1а - обе опоры фиксирующие; каждая фиксирует вал в одном направлении.

3. Для принятых подшипников по каталогу находим: С_г = 52000 Н, С_ог = 31000 Н, d = 60 мм, D = 110 мм, D_w = 15,88 мм.

4. Для радиальных шарикоподшипников из условия равновесия вала следует: F_a1 = F_A = 1827 Н, F_a2 = 0. Дальнейший расчет выполняем для более нагруженного подшипника опоры 1.

5. Для отношения D_{w cos а} / D_pw = 15,88 cos 0° / 85 = 0,19

Определяем значение коэффициента е для отношения

f_о•F_a1/C_ог = 14,2•1827 / 31000 = 0,837: е = 0,27.

5. Отношение F_a / F_r = 1827 / 4032 = 0,453, что больше е = 0,27, для отношения f_о•F_a1/C_ог =0,837 принимаем Х =0,56.

Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка при V = 1 (вращение внутреннего кольца);

K_Б =1,4

К_т = 1 (t_раб < 100°С)

Р_r = (1 • 0,56 • 4032 + 1,64•1827) 1,4•1 = 7356 Н.

8. Расчетный скорректированный ресурс подшипника по формуле при а₁ = 1 (вероятность безотказной работы 90%, табл. 68), a₂₃ = 0,7 (обычные условия применения, табл. 70), k = 3 (шариковый подшипник)

L_10ah = a₁a₂₃ • (C_г / P_r)^k•10⁶/60n =1•0,7 (52000/7356)³•(10⁶/60•120)=34344 ч.

9. Так как расчетный ресурс больше требуемого: L_10ah > L^'_10ah (34344 > 25000), то предварительно назначенный подшипник 212 пригоден. При требуемом ресурсе надежность выше 90%.

Пример 2. Подобрать подшипники для опор вала редуктора привода цепного конвейера. Частота вращения вала п = 200 об/мин. Требуемый ресурс при вероятности безотказной работы 90%: L^'_10ah = 20000 ч. Диаметр посадочных поверхностей вала d = 45 мм. Максимальные, длительно действующие силы: F_r1max =9820 Н, F_r2max =8040 Н, F_{A max} = 3210 Н. Режим нагружения - III (средний нормальный). Возможны кратковременные перегрузки до 150% номинальной нагрузки. Условия применения подшипников обычные. Ожидаемая температура работы t_раб = 45°С.

Решение. 1. Для переменного типового режима нагружения III коэффициент эквивалентности К_Е = 0,56 (см. п. 6).

Вычисляем эквивалентные нагрузки, приводя переменный режим нагружения к эквивалентному постоянному:

F_r1 = К_Е • F_r1max = 0,56 • 9820 = 5499 Н;

F_r2 = К_Е • F_r2max = 0,56 • 8040 = 4502 Н;

F_A = К_Е • F_{A max} = 0,56 • 3210 = 1798 Н;

2. Предварительно назначаем конические роликовые подшипники легкой серии - 7209А. Схема установки подшипников: 2а (смотреть рисунок 2.4) - обе опоры фиксирующие: каждая фиксирует вал в одном направлении.

3. Для принятых подшипников из каталога находим: С_г = 62700 Н, е = 0,4, Y =1,5.

4. Минимально необходимые для нормальной работы радиально-упорных подшипников осевые силы:

F_{a1 min} =0,83 • e • F_r1=0,83 • 0,4 • 5499 = 1826 H;

F_{a2 min} =0,83 • e • F_r2=0,83 • 0,4 • 4502 = 1495 H;

Рисунок 2.7. Расчетная схема к примеру 2

Находим осевые силы, нагружающие подшипники. Примем F_a1 = F_{a1 min} =1826 H; тогда из условия равновесия вала следует: F_a2 =F_a1 + F_A = 1826 + 1798 = 3624 Н, что больше F_{a2 min}= 1495 Н, следовательно, осевые реакции опор найдены правильно.

5. Отношение F_a1/ F_r1 = 1826 / 5499 = 0,33, что меньше е = 0,4. Тогда для опоры 1: Х= 1, Y=0.

6. Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка для подшипников при V = 1; К_Б = 1,4 (см. табл. 69) и К_T = 1 (t_раб < 100°С) в опорах 1 и 2:

P_r1 = F_r1К_Б К_T = 5499 · 1,4 1 = 7699 Н;

P_r2=(V • X • F_r2 + Y • F_a2) •К_Б • К_T = (1 • 0,4 • 4502 + 1,5 • 3624) • 1,4 •1= 10132 Н.

7. Для подшипника более нагруженной опоры 2 вычисляем по формуле (31) расчетный скорректированный ресурс при а₁ = 1 (вероятность безотказной работы 90%, табл. 68), a₂₃ = 0,6 (обычные условия применения, табл. 70) и k = 10/3 (роликовый подшипник)

L_10ah = a₁ • a₂₃ • (C_r/P_r)^k •10⁶/60n = 1 · 0,6 (62700/10132)^10/3 10⁶/(60 · 200) =21622 ч.

8. Так как расчетный ресурс больше требуемого: L_10ah > L^'_10ah (21622 > 20000), то предварительно назначенный подшипник 7209А пригоден. При требуемом ресурсе надежность несколько выше 90%.

Пример 3. Подобрать подшипники для опор вала червяка. Частота вращения вала 920 об/мин. Требуемый ресурс при вероятности безотказной работы 90%: L^'_10ah=2000 ч. Диаметр посадочных поверхностей вала d = 30 мм. Максимальные, длительно действующие силы: F_r1max = 1000 Н, F_r2max = 1200 Н, F_{A max} = 2200 Н.

Режим нагружения - 0 (постоянный). Возможны кратковременные перегрузки до 150% номинальной нагрузки. Условия применения подшипников - обычные. Ожидаемая температура работы t_раб = 65°С. Решение. 1. Для типового режима нагружения 0 коэффициент эквивалентности K_E=1,0. Вычисляем эквивалентные нагрузки:

F₁ = K_E • F_{r1 max} = 1,0 · 1000 = 1000 H;

F_r2 = = K_E • F_{r2 max} =1,0 · 1200=1200 Н;

F_A= K_E • F_{A max} = 1,0· 2200 = 2200 Н.

2. Предварительно назначаем шариковые радиально-упорные подшипники легкой серии - 36206, угол контакта а = 12°. Схема установки подшипников: 2а (см. рисунок 2.4) - обе опоры фиксирующие; каждая фиксирует вал в одном направлении.

3. Для принятых подшипников из каталога находим: С_г = 22000 Н,

С_or= 12000 Н, d = 30 мм, D = 62 мм, D_w = 9,53 мм.

4. Минимально необходимые для нормальной работы радиально-упорных подшипников осевые силы для опоры 1

e'= 0,563 • (F_r / C_or)^0,195 =0,563 • (1000 / 1200) = 0347;

F_1min = e' • F_r1 = 0,347· 1000=347 Н,

для опоры 2

e'= 0,563 • (F_r / C_or)^0,195 = 0,563 • (1200/ 12000)^0,195 = 0,359;

F_{a2 min}=e' • F_r2=0359 • 1200 =431 Н.

Находим осевые силы, нагружающие подшипники.

Примем F_a1=F_a1min=347 H, тогда 3 условия равновесия вала следует:

F_a2 = F_a1 +F_A = 347 + 2200 = 2547 Н, ч

то больше F_a2min =431 H, следовательно, осевые реакции опор найдены правильно.

5. Дальнейший расчет выполняем для более нагруженной опоры 2.

Для отношения D_W cosб / D_pW = 9,53 x cos 12°/46 = 0,2

находим значение f₀=14, здесь D_pW =0,5 (d + D) = 0,5 (30 + 62) = 46.

Далее по таблице 6.4 определяем значение коэффициента е для отношения

f₀ • i • F_a2 /C_cor=14·1·2547 / 12000 = 2,97 • е = 0,49

(определено линейным интерполированием для промежуточных значений «относительной осевой нагрузки» и угла контакта). Отношение

Fa2 / Fr2= 2547 / 1200 = 2,12;

что больше е = 0,49. Тогда для опоры 2 (табл. 64): Х= 0,45; Y= 1,11 (определено линейным интерполированием для значений «относительной осевой нагрузки» 2,97 и угла контакта 12°).

6. Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка при V=1; K_Б=1, З и

K_T=1 (t_раб < 100°С)

P_r2=(V • X • F_r2 + Y • F_a2) K_Б • К_Т= (1 · 0,45 • 1200 + 1,11 • 2200) 1,3 • 1 = 3877 Н.

6. Расчетный скорректированный ресурс

при а₁ = 1 (вероятность безотказной работы 90%)

а₂₃ = 0,7 (обычные условия применения)

k = 3 (шариковый подшипник)

L_10ah = a₁ • a₂₃ • (C_r/P_r)^k 10⁶/60n = 1 · 0,7 (22000/3877)³ 10⁶/(60 · 920) =2317 ч.

8. Так как расчетный ресурс больше требуемого: L_10ah > L'_10ah (2317 > 2000), то предварительно назначенный подшипник 36206 пригоден. При требуемом ресурсе надежность несколько выше 90%.

Пример 4. Вычислить скорректированный расчетный ресурс роликовых конических подшипников 1027308А фиксирующей опоры вала червяка. Частота вращения вала n = 970 об/мин. Вероятность безотказной работы 95%. Максимальные, длительно действующие силы: F_rmax = 3500 Н, F_Amax = 5400 Н. Режим нагружения - I (тяжелый). Возможны кратковременные перегрузки до 150% номинальной нагрузки. Условия применения подшипников - обычные. Ожидаемая температура работы t_раб = 85°С.

Решение.

1. Для переменного типового режима нагружения I коэффициент эквивалентности К_Е = 0,8 (см. п. 6). Вычисляем эквивалентные нагрузки, приводя переменный режим нагружения к эквивалентному постоянному:

F_r = K_E•F_rmax = 0,8 • 3500 = 2800 Н;

F_A = K_E•F_rmax = 0,8 • 5400 = 4320 Н;

2. Для роликоподшипника конического с большим углом конусности - условное обозначение 1027308А - по каталогу С_г = 69300 Н, е = 0,83.

3. Подшипниковый узел фиксирующей опоры червяка образуют два одинаковых роликовых радиально-упорных конических подшипника, которые рассматривают как один двухрядный подшипник, нагруженный силами F_r и F_a = F_A. Для комплекта из двух роликоподшипников имеем

С_rсум = 1,714 • С_r= 1,714 • 69300 = 118780 Н.

4. Отношение F_a / F_r = 4320/2800 =1,543, что больше e=0,83 (смотреть рисунок 2.8). Определим значение угла контакта а:

а = arctg •(e / 1,5) = arctg •(0,83 / 1,5) = 28,96°.

Тогда для двухрядного роликового радиально-упорного подшипника:

X=0,67;

У= 0,67ctg a = 0,67 ctg 28,96°= 1,21.

5. Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка

при V= 1; K_Б= 1,4; К_Т = 1

P_r = (V • X • F_r + Y • F_a) K_Б • К_Т = (1 • 0,67 • 2800 +1,21 • 4320) 1,4 • 1 = 9945 Н.

6. Расчетный скорректированный ресурс при а₁ = 0,62 (вероятность безотказной работы 95%), a₂₃ = 0,6 и k = 10/3 (роликовый подшипник)

Рисунок 2.8. Расчетная схема к примеру 4

L_10ah = a₁ • a₂₃ • (C_{r ум}/P_r)^k 10⁶/60n = 0,62 · 0,6

(118780/9945)^10/3 10⁶/(60 · 970) =24688 ч.

Расчет допустимой осевой нагрузки для роликовых радиальных подшипников.

Роликоподшипники с короткими цилиндрическими роликами, как правило, применяют только для восприятия радиальных сил. Способность роликовых радиальных подшипников выдерживать осевые нагрузки зависит от конструкции подшипника и качества их исполнения. Подшипники типов 12000, 42000, 62000 и 92000 помимо радиальной могут также воспринимать бортиками колец и торцами роликов относительно небольшие осевые нагрузки, которые в определенных допустимых пределах не вызывают снижения расчетного ресурса, при вычислении которого учитывают лишь радиальные силы. Это обусловлено тем, что радиальные силы воспринимают образующие роликов, контактирующие с дорожками качения колец, тогда как осевые силы действуют на борта колец и торцовые поверхности роликов.

При этом важную роль имеют характер нагрузки, частота вращения и смазывание подшипника. Допустимую осевую нагрузку [F_a] можно определить по формулам: - для подшипников серий диаметров 1, 2,3 и 4

[F_a] = k_A • C_or • [1,75 - 0,125 k_B • n (D - d)], Н;

- для подшипников серий диаметров 5 и 6

[F_a] =k_A • C_or • [1,16 - 0,08 k_B • n (D - d)], Н;

где k_A и k_B - коэффициенты, значения которых приведены в таблице 2.4 и 2.5;

C_or - статическая грузоподъемность, Н;

n - наибольшая частота вращения, об/мин;

D и d - соответственно наружный диаметр и диаметр отверстия подшипника.

При малых частотах вращения допустимы случайные кратковременные нагрузки большей величины, но не выше 40% статической грузоподъемности подшипника.

Таблица 2.5. Значения коэффициента k_A

Условия работы подшипника, смазочный материал (примеры применения)	kA
Постоянная осевая сила при высокой частоте вращения	0
Переменная осевая сила и умеренная температура	0,02
Непродолжительная осевая сила и низкая температура, жидкий смазочный материал - коробки передач автомобилей: - главная передача - вал шестерни заднего хода	0,1 0,2
Случайная осевая сила и низкая температура, пластичный смазочный материал - блоки, электроcтали, кран-балки	0,2

Таблица 2.6. Значения коэффициента k_B

Серия подшипника по диаметру (третья цифра справа в условном обозначении)	kB
1,2,5	8,5 • 10-5
3,6	7 • 10-5
4	6 • 10-5

Расчет подшипников на долговечность

Подшипник на долговечность рассчитываем в соответствии с рекомендациями [9].

Из полученных результирующих реакций опор делаем вывод, что наиболее нагружен подшипник В, поэтому дальнейший расчет проводим именно для него.

Эквивалентная нагрузка R_e учитывает характер и направление нагрузок, действующих на подшипники, условия работы и зависит от типа подшипника.

Для шариковых радиальных подшипников:

(2.20)

где: X-коэффициент радиальной нагрузки (0,56);

Y-коэффициент осевой нагрузки (2,30);

F_r-радиальная нагрузка, Н;

F_aп-осевая нагрузка, Н;

V=1 - коэффициент вращения;

К_б - коэффициент безопасности (1,3…1,4);

К_т-температурный коэффициент (1,05);

L_10hp=20000…300000 ч.

Определяем базовую долговечность подшипника №80207 ГОСТ 7242-81

(2.12)

где n-число оборотов электродвигателя (3000 мин^-1);

С_r-грузоподъемность подшипника (25,5 кН);

m - показательстепени (для шариковыхподшипниковm= 3);

Следовательно,

L_10hp? L_10hтреб

Подшипник №80207 ГОСТ 7242-81 пригоден.

3. Технологическая часть

3.1 Разработка технологического процесса изготовления детали «Шкив»

Описание конструкции и назначение детали

Деталь «шкив» - это фрикционное колесо с ободом или канавкой по окружности, которое передаёт движение приводному ремню или канату. Используется как одна из основных частей ременной передачи. Метод формообразования - отливка из стали 45Х ГОСТ977-88 (углеродистая). К стали предъявляются требования повышенной прочности и высокого сопротивления износу, работающие под действием статических и динамических нагрузок. Химический состав стали 45Х приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1. Химический состав стали 45Х

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0.20-0.52
Марганец (Mn)	0.40-0.90
Медь (Cu), не более	0.30
Никель (Ni), не более	0.30
Сера (S), не более	0.045
Углерод (C)	0.42-0.50
Фосфор (P), не более	0.04
Хром (Cr), не более	0.30

Механические свойства стали 45Х приведены в таблице 3.2 и таблице 3.3

Таблица 3.2. Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t отпуска,°С	уB, МПа	д5, %	ш, %	KCU, Дж/м2	HB
Отливки сечением 100 мм. Закалка 830°С, масло.
200	1810	2	2	3	550
300	1670	2	3	6	500
400	1390	4	9	10	450

Таблица 3.3. Механические свойства в сечениях до 100 мм

Термообработка, состояние поставки	у0,2, МПа	уB, МПа	д5, %	ш, %	KCU, Дж/м2	HB
Нормализация 860-880°С. Отпуск 600-630°С.	320	550	12	20	29
Закалка 860-880°С. Отпуск 550-600°С.	400	600	10	20	24
Нормализация 860-880°С. Отпуск 630-650°С.	290	520	10	18	24	148-217

Технологический контроль чертежа детали

Чертеж детали содержит все необходимые сведения, дающие полное представление о детали, т.е. все проекции, разрезы и сечения, совершенно четко и однозначно объясняющие ее конфигурацию.

На чертеже указаны все размеры с необходимыми отклонениями, требуемая шероховатость обрабатываемых поверхностей, допускаемые отклонения от правильных геометрических форм.

Чертеж детали содержит все необходимые сведения о материале детали, массе детали, защитном покрытии, термообработке, неуказанных предельных отклонениях.

Анализ технологичности конструкции детали

При анализе технологичности конструкции детали выяснено следующее:

- деталь имеет сложную форму, но может быть обработана на стандартном оборудовании, стандартным режущим инструментом с применением стандартных приспособлений;

- геометрические погрешности станков позволяют получить требуемые допускаемые отклонения размеров, шероховатости, отклонения формы и расположения поверхностей на детали;

- к обрабатываемым поверхностям существует достаточно свободный доступ инструмента;

- деталь имеет технологические базы, необходимые для получения заданной точности и шероховатости обрабатываемых поверхностей;

- на фрезерных операциях невозможно применение высоко-производительных методов обработки;

- вследствие возникновения возможного дисбаланса, обусловленного достаточно большой массой и частотой вращения детали, необходимо проведение балансировки;

- все размеры могут быть проконтролированы стандартным измерительным инструментом.

Выбор метода изготовления и формы заготовки

Метод выполнения заготовок для детали определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью ее изготовления.

Для изготовления детали можно использовать различные виды заготовок, поэтому воспользуемся методикой выбора заготовки, изложенной в [1].

По таблице 3.1 отнесем материал к группе 4. Конструктивная форма детали имеет код 4. Код серийности - 1. Диапазон массы - 3… 4.

Себестоимость производства заготовок, без учета затрат на предварительную механическую обработку, для способов литья и обработки давлением определяется по зависимости

руб., (3.1)

где С - базовая стоимость 1 т заготовок, руб./т;

К_Т.0 - коэффициент доплаты за термическую обработку, руб./т;

С_заг - масса заготовки, кг;

К_Т - коэффициент, учитывающий точность изготовления заготовок;

k_c - коэффициент, учитывающий серийность выпуска заготовок;

G_д - масса детали, кг (см. чертеж детали);

G_отх - стоимость 1 т отходов (стружки), руб.;

K_ф - коэффициент, учитывающий инфляцию

Масса заготовки определим из отношения

= = 6,3 кг,

где К_в.т - коэффициент весовой точности [1].

Кт.о = 8; Кт - для штамповок, поковок и прокач не учитывается; Кф = 5,0; Sотх = 27 руб./т; Кс = 1.

Тогда имеем:

Сс.к = [• 6,3 •1 - (6,3 - 3,8) ) • 5 = 11,2 руб.

Для получения заготовки из круглого проката:

G_м,пр = = 4,7 кг

С_шт= [• 4,7 • 1 - (4,7 - 3,8) )• 5 = 9,98 руб.

Сравнение показало, что заготовка свободной ковкой дороже, поэтому принимаем вариант получения заготовки из круглого проката.

Выбор структуры и плана обработки

Технологический процесс обработки детали предусматривает несколько стадий. Если рассматривать данный процесс укрупнено, то необходимо выделить черновую обработку и чистовую. Каждая из этих стадий разбивается на необходимое количество технологических операций.

В описании технологического процесса не указывают такие операции как смазка, упаковка, нанесение специальных покрытий и т.д.

Предварительно выбираем последовательность операций и технологических переходов обработки детали. Для нормирования операций воспользуемся данными из [10]:

Технологический маршрут обработки вала-шестерни представлен в таблице 3.4.

Пример расчёта машинного времени по формуле (3.2):

1. Сверлить отверстие диаметр 40, а = 82 мм,

Т₀=, мин., 5 (3.2)

где Т₀ - машинное время;

d - длина обрабатываемой поверхности;

а - ширина обрабатываемой поверхности.

Т₀ = = 0,08 мин.

Таблица 3.4. Технологический маршрут обработки вала - шестерни

№	Наименование операции	Состав переходов	Тшт, Мин
005	Отрезная	1. Установить заготовку в патроне, выверить и закрепить. 2. Отрезать загатовку в размер	0,82
010	Фрезерно-центровальная	1. Установить заготовку в центрах, выверить и закрепить. 2. Сверлить центровые отверстия 3. Фрезеровать торцы окончательно в размер 82-0,62	0,186
015	Сверлильная	1. Установить выверить и закрепить заготовку. 2. Сверлить отверстие предварительно с учетом припуска 3. Зенковать фаску 2*45 предворительно	0,182
020	Токарная с ЧПУ	1. Установить деталь в патрон выверить и закрепить 2. Точить поверхность 1 в размер 72 окончательно 3. Точить поверхность 2 в размер 180 окончательно 4. Точить канавки	1,02
025	Внутре-шлифовальная	1. Установить деталь вцентра, выверить и закрепить заготовку 2. Шлифовать Ш38,2 окончательно, учитывая допуски	0,25
030	Долбежная	1. Установить выверить и закрепить заготовку. 2. Долбить шпоночный паз	24,3
030	Контрольная	1. Проверить годность детали 2. Маркировать	5,5
Итого	46,235

Выбор типа производства и формы организации технологического процесса

Тип производства характеризуется коэффициентом закрепления операций К_з.о, который определим по формуле:

К_з.о =

где - такт выпуска деталей, мин/шт.;

- среднее штучное время основных операций обработки, мин.

= 8,12 мин.

Такт выпуска определим по формуле:

, мин/шт., (3.4)

где - годовая программа выпуска, шт.; = 4 шт.

- действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч;

=4015 ч.

= 60225 мин/шт.

К_з.о = = 7416,5.

Так как коэффициент загрузки оборудования более 40, то тип производства - единичное.

Расчет припусков на механическую обработку

Существует два метода расчета припусков: аналитический (расчетный) и справочный (табличный). Для заданной поверхности детали производим расчет припусков аналитическим методом, а для остальных размеров припуски назначаем табличным методом.

Заготовка - прокат круглый, материал Сталь 40Х. Масса заготовки 6,2 кг. Для одной поверхности 38k6 припуски определяем аналитическим методом.

Для наглядности и простоты определения промежуточных припусков и промежуточных размеров составляем таблицу 3.5.

Таблица 3.5. Припуски на обработку поверхности 38k6

Маршрут	Элементы припуска, мкм	Расчетные величины	Допуск размера, мкм	Принятые значения заготовки, ш, мм	Предельные припуски 2Z, мм
	Rz	h	??	?	Zi min, мм	dmin, мм		min	max	min	max
Штамповка	1000		501	-	-	41,400	2000	41,400	41,400	-	-
Точение черновое	50	50	30		3002	38,400	400	38,464	38,864	3,00	4,6
Точение чистовое	25	25	1,2		260	38,142	120	38,150	38,270	0,25	0,53
Шлифование	10	20	0		102,4	38,040	60	38,040	38,10	0,11	0,17
Шлифование окончанчатель-ное					60	37,980	20	37,980	38,000	0,06	0,1

Элементы припусков Rz и Т в зависимости от метода обработки поверхностей заготовки. [9]

Суммарное значение пространственных отклонений для заготовки данного типа определим по формуле:

_о = , мкм, (3.5)

Коробление отверстия следует учитывать как в диаметральном, так и в осевом его сечении, поэтому

_кор = = 81 мкм.

Удельное коробление отверстия находим по таблице 3.9 [9].

Учитывая, что суммарное смещение отверстия относительно наружной поверхности заготовки представляет геометрическую сумму в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, получаем

_см = = 534 мкм,

где ₁ и ₂ - допуски на размеры, служащие базами для обработки отверстия.

Таким образом, суммарное значение пространственного отклонения заготовки

_о = = 542 мкм.

Остаточное пространственное отклонение после чернового точения:

_ост = 0,04•_о = 0,04•542 = 22 мкм.

Остаточное пространственное отклонение после чистового точения:

_ост = 0,02•_о = 0,02•542 = 11 мкм.

Погрешность установки при черновом растачивании

₁ = , мкм. (3.6)

Погрешность закрепления заготовки _з принимаем по таблице 4.11 [9] равной 80 мкм; _б = 0.

₁ = = 80 мкм.

Остаточная погрешность установки при чистовом растачивании

₂ = 0,05•₁+_инд = 0,05•80 + 0 = 4 мкм.

Так как черновое и чистовое точение производится в одной установке, то _инд = 0.

Погрешность закрепления заготовки для шлифования ₃ = 80 мкм [9, с. 78].

Расчет минимальных значений припусков при обработке внутренних поверхностей вращения производим по формуле:

, мкм. (3.7)

Минимальный припуск под растачивание:

Черновое:

= 648 мкм;

Чистовое:

= 122 мкм.

Минимальный припуск на шлифование:

= 126 мкм.

Расчетный размер считаем, начиная с конечного (чертежного) размера путем последовательного сложения расчетного минимального припуска каждого технологического перехода:

= 38,045 + 0,126 = 38,171 мм;

= 38,171 + 0,122 = 38,293 мм;

= 38,293 - 0,648 = 38,941 мм.

Значения допусков каждого перехода принимаются по таблицам в соответствии с классом точности [9].

В графе «Предельный размер» значение получается по расчетным размерам, округленным до точности допуска соответствующего перехода. Наименьшие предельные размеры определяются из наибольших предельных размеров вычитанием допуском соответствующих переходов:

= 50,045 мм;= 50,171 мм;= 50,293 мм;= 50,941 мм;

= 38,045 - 0,045 = 38,000 мм;

= 38,171 - 0,120 = 38,051 мм;

= 38,293 - 0,200 = 38,093 мм;

= 38,941 - 0,500 = 38,441 мм.

Предельные значения припусков.

Шлифование:

= 38,171 - 38,045 = 0,126 мм = 126 мкм;

= 38,051 - 38,000 = 0,051 мм = 51 мкм;

Точение:

чистовое: = 38,293 - 38,171 = 0,122 мм = 122 мкм;

= 38,171 - 38,093 = 0,071 мм = 71 мкм;

черновое: = 38,941 - 38,293 = 0,648 мм = 648 мкм;

= 38,441 - 38,171 = 0,270 мм = 270 мкм.

Общие припуски и определяем, суммируя промежуточные:

= 51 + 71 + 270 = 391 мкм;

= 126 + 122 + 648 = 896 мкм.

Общий номинальный припуск:

= + дз - дд = 391 + 542 - 25 = 908 мкм;

= - = 38,000 +0,908 = 38,908 мм.

Проводим проверку правильности расчетов:

- = 500 - 25 = 475 мкм;

- = 896 - 391 = 475 мкм.

По полученным данным вычерчиваем схему расположения припусков и допусков на обработку размера 38k6 (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2. Схема графического расположения припусков и допусков на обработку 38k6

Выбор оборудования

Выбор оборудования (моделей металлорежущих станков) осуществляется на основании таких данных, как метод обработки, точность обработки, расположение размеров обрабатываемых поверхностей, габаритных размеров заготовки, количество инструментов в наладке станка, обеспечение заданной производительности, эффективность использования станка по времени и по мощности и др.

Выбор оборудования выполнен по методике изложенной в [16].

Исходные данные:

– Вид обработки.

– Габаритные размеры.

– Форма обрабатываемой поверхности.

– Взаимное расположение поверхностей.

– Точность обработки.

– Количество инструментов.

– Тип производства.

Полное наименование и модели металлорежущих станков приведены в таблице 3.5.

Таблица 3.5. Наименование используемых металлорежущих станков

№ операции	Наименование операции	Станок
1	Фрезерно-центровальная	Фрезерно-центровальный станок мод. МР-71
2,3	Токарно-фрезерная (ЧПУ)	Токарно-фрезерный станок Metalmaster MML 250x550 M
4	Токарная(ЧПУ)	Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3С5
5	Фрезерная	Фрезерный станок 2 фп-231
6	Вертикально-сверлильная	Вертикально-сверлильный станок с ЧПУ мод. 2Р170Ф2 «Координата С70-3»
9	Кругло-шлифовальная	Круглошлифовальный станок мод. 3А164

Технические характеристики металлорежущего оборудования

1. Фрезерно-центровальный станок мод. МР-71:

- Габаритные размеры фрезерного станка составляют, мм:

длина - 2640

ширина -1450

высота -1720

- Наибольшая и наименьшая длина обрабатываемых заготовок деталей, мм:

200-500

- Диаметр обрабатываемой заготовки детали, мм: 25-125

- Число скоростей шпинделя режущего инструмента 6

- Мощность электродвигателя главного движения, кВт 17

2. Токарно-фрезерный станок Metalmaster MML 250x550 M:

- Maксимальный диаметр обработки над станиной, мм 250

- Расстояние между центрами, мм 500

- Частота вращения шпинделя, об/мин 125-2000

- Диапазон метрической резьбы, мм 0.4-3.5

- Ход пиноли, мм 70

- Конус задней бабки МК 2

- Конус шпинделя МК 4

- Диаметр сквозного отверстия шпинделя, мм 21

3. Токарно-винторезный станок с ЧПУ модели 16К20Ф3С5:

- Наибольший диаметр обрабатываемой детали, мм 400

- Наибольшая длина обрабатываемой детали, мм 2000

- Частота вращения шпинделя, мин^-1 12,5-1600

- Диапазон скоростей шпинделя, об/мин 12,5-2000

- Число скоростей 22

- Подача, мм/об:

продольная 0,05-2,8 поперечная 0,025-1,4

- Дискретность перемещения, мм/мин:

продольная подача 0,01

поперечная подача 0,005

- Наибольший шаг нарезаемой резьбы, мм 20

- Мощность электродвигателя главного движения, кВт 11

4. Фрезерный станок 2 фп-231:

- Класс точности Н

- Точность обработки детали, мм 0,1

- Точность позиционирования, мм 0,05

- Шероховатость обработки, мкм 3,2

- Длина хширина стола, 40320х1750

- Наибольшее перемещение, мм

продольное 30500

поперечное 2350

вертикальное 400

- Пределы рабочих подач, мм/мин. 2-3000

- Пределы частот работы шпинделя, об/мин 750; 1000; 1500 2200; 3000; 4500

- Мощность главного привода, кВт 55

- Габариты, мм

длина 42300

ширина 6050

высота 3860

5. Вертикально-сверлильный мод. 2 Р170 Ф2 «Координата С70-3»:

- Наибольший диаметр cверления, мм 70

- Наибольший диаметр резьбы, мм 24

- Размеры рабочей поверхности, мм 1600Ч860

- Конус шпинделя Морзе №4

- Наибольшие ход стола, мм:

продольный (по оси Х) 560 поперечный (по оси У) 360

- Количество скоростей шпинделя 12

- Пределы скоростей шпинделя, об/мин 32-140

- Количество рабочиподач 18

- Пределы рабочих подач, мм/мин 10-500

- Мощность электродвигателя главного движения, кВт 4

- Дискретность программирования перемещений, мм 0,01

6. Круглошлифовальный станок мод. 3А164:

- Наибольший диаметр шлифования, мм 360

- Наибольшая длина шлифования, мм 1800

- Скорость перемещения стола, м/мин 0,1-5

- Число оборотов изделия, мин^-1 30-180

- Число оборотов шлифовального круга, мин^-1 890-1300

- Мощность электродвигателя главного движения, кВт 13

Выбор приспособлений

Исходные данные для выбора станочных приспособлений:

- вид обработки;

- габаритные размеры станка;

- материал обрабатываемой детали;

- способ настройки на размер режущего инструмента;

- количество одновременно устанавливаемых деталей;

- тип силового привода;

- точность обработки;

- тип производства.

Выбранные станочные приспособления и их краткая характеристика приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6. Станочные приспособления и их краткая характеристика

№ операции	Наименование операции	Наименование приспособления	Техническая характеристика
1 6	Фрезерно-центровальная Вертикально-сверлильная	Тиски самоцентрирующиеся	Н = 120 мм
2-5 8	Токарная Фрезерная Круглошлифовальная	Поводковый патрон и задний центр	D = 140 мм

Выбор режущего инструмента

Выбор режущих инструментов для основных переходов при обра-ботке детали выполнен по методике, изложенной в [14,15,16,17].

Исходные данные для выбора инструментов:

- вид обработки;

- форма и размеры обрабатываемой поверхности;

- точность обрабатываемой поверхности;

- марка и свойства обрабатываемого материала;

- материал режущей части;

- тип производства.

Наименование инструментов, применяемых в процессе изготовления, приведено в таблице 3.7.

Таблица 3.7. Используемые режущие инструменты

№ перехода	Наименование перехода	Наименование инструмента	Материал режущей части	Примечания
1.1	Фрезеровать торец	Фреза торцевая насадная мелкозубая со вставными ножами, оснащёнными пластинами из твёрдого сплава 2214-0335 ГОСТ 1092-80	Т5К12	D = 160 мм; d = 50 мм; В = 49 мм; Z = 10.
1.2	Центровать отверстие	Сверло центровочное А10 ГОСТ 14952-75	Р6М5	D = 25 мм; d = 10 мм; l = 14,2 мм; .
2.1, 3.1, 4.1	Точить контур предварительно	Резец упорно-проходной черновой по ГОСТ 21151-75	Т5К10	ц = 90?; ц1 = 10?.
2.2, 3.2, 4.2	Точить контур окончательно	Резец упорно-проходной чистовой по ГОСТ 21151-75	Т15К6	ц = 90?; ц1 = 10?.
3.3	Сверлить	Сверло ГОСТ 21151-75	Т15К6	ц = 90?; ц1 = 10?.
5.1	Долбить шпоночный паз	Резец долбежный ГОСТ 6396-78	Т15К10	D = 7 мм; d = 8 мм; L = 60 мм; l = 16 мм; Конус Морзе 2.

Выбор режимов резания

Выбор режимов резания выполнен по методике, изложенной в [14,17].

Исходные данные для выбора режимов резания:

- вид обработки;

- обрабатываемый материал;

- материал режущей части инструмента;

- точность обработки;

- шероховатость обрабатываемой поверхности;

- тип производства.

Режимы резания - это управляемые параметры (факторы).

1. V - скорость резания - определяется либо по типовым значениям, принятым для данного типа обработки, либо рассчитывается с учётом стойкости инструмента и с учётом выбранных глубины и подачи.

, м/с, (3.8)

где С_V - начальное условие (эмпирический коэффициент);

Т - стойкость инструмента;

t - глубина резания;

S - подача при резании;

m, x, y - эмпирические показатели степени, обычно не более 1.

Типовыми режимами резания являются следующие:

Черновая обработка: V = 100 м/мин,

Чистовая обработка: V = 150 м/мин,

Сверление: V = 25 м/мин.

2. n - частота вращения шпинделя определяется по формуле:

, мин^-1, (3.9)

где D_max - диаметр обрабатываемой заготовки, мм.

3. S_o - подача - является силовым режимом для черновой или предвари-тельной обработки.

Типовыми режимами резания являются следующие:

Черновая обработка: S₀ = 0,2-0,4 мм/об,

Чистовая обработка: S₀ = 0,02-0,05 мм/об,

Сверление: S₀ = 0,01D_max мм/об (1% от отверстия).

4. F - скорость подачи определяется по формуле:

F = S_o^.n, мм/мин (3.9)

5. t - глубина резания - при однопроходной обработке, которая является предпочтительной, определяется величиной максимального припуска. Кроме того, она определяется величиной режущей кромки инструмента и точностью обработки.

Типовыми режимами резания являются следующие:

Наружная обработка: t_max = 4 мм,

Внутренняя обработка: t_max = 2 мм.

Режимы обработки для круглошлифовальной операции приведены в таблице 3.7.

Выбранные режимы резания для токарных, сверлильных и фрезерной операций приведены в таблице 3.8.

Таблица 3.7. Режимы обработки для круглошлифовальной операции

№	Наименование инструмента	Vкр. м/с	Vзаг. м/мин	Sпрод., дв. х./мин	Sпопер., мм
20.	Круг шлифовальный ПП 250Ч40Ч80 25А25 СМ1-5-К5/35 м/с ГОСТ 2424 - 83	35	25	20	0,3

Таблица 3.8. Режимы резания для токарных, сверлильных и фрезерной операций

№	Наименование инструмента	Режимы
		V, м/мин	n, об/мин	Sо(SZ), мм/об (мм/зуб)	F, мм/мин	t, мм
1.	Фреза торцевая D=160 мм, Т5К12	100	315	2 (0,2)	630	1
2.	Сверло центровочное А10, Р6М5	15	500	0,1	50	-
3.	Резец упорно-проходной черновой, Т5К10 (Ш35,40)	100	500	0,2	71	2,5
4.	Резец упорно-проходной черновой, Т5К10 (Ш 28,34,37)	100	500	0,2	100	4; 1,5; 3
5.	Резец упорно-проходной черновой, Т5К10 (Ш 40,43)	100	500	0,2	100	1,0; 1,5
6.	Резец упорно-проходной чистовой, Т15К6 (Ш35,40)	140	400	0,05	20	2,4
7.	Резец упорно-проходной чистовой, Т15К6 (Ш 37,34,28)	140	500	0,05	25	2,4; 2; 2
8.	Резец упорно-проходной чистовой, Т15К6 (Ш 43,40)	140	710	0,05	35,5	0,4; 2,4
9.	Резец резьбонарезной, Т15К6 (Ш 30)	140	500	0,05	25	2
10.	Спиральное сверло Ш 4,9, Р6М5	25	355	0,2	70	2,45
11.	Фреза концевая Т5К10	20	400	0,03	12	7

Уточненное техническое нормирование времени операций

Для основных операций технологического процесса (токарных, фрезерной, сверлильных, плоскошлифовальной, внутришлифовальной) определяем нормы штучно-калькуляционного времени по методике, изложенной в [14].

Штучно-калькуляционная норма времени определяется по формуле:

Т_шт-к = t_о + t_в + t_тех + t_орг+ t_п + t_{п. - з.}, мин, (3.10)

где t_о - основное (машинное) время - рассчитывается для всех основных технологических переходов;

, мин (3.11)

t_в - вспомогательное время - продолжительность выполнения вспомогательных приёмов и холостого хода;

t_тех - время на техническое обслуживание;

, мин (3.12)

t_орг - организационное время - время на снабжение рабочего места деталями и инструментом;

, мин (3.13)

t_п - время перерывов;

, мин (3.14)

t_п-з. - подготовительно-заключительное время - время на подготовку к новой партии деталей.

, мин, (3.15)

где р - количество деталей в партии;

N - годовая программа.

Нормы времени по операциям приведены в таблице 3.9.

Таблица 3.9. Нормы времени на выполнение операций

№ операции	Наименование операции	tо, мин	tв, мин	tтех, мин	tорг, мин	tп, мин	Тшт-к, мин
1.	Отрезная	0,35	0,5	0,035	0,04	0,16	1,085
2.	Фрезерно центровальная	9,0	0,5	0,9	0,95	0,38	11,73
3.	Токарно с ЧПУ	9,8	0,5	0,98	1,03	0,257	12,23
4.	Сверлильная	10,73	0,25	1,073	1,1	0,44	13,6
5.	Внутре-шлифовальная	0,78	0,5	0,078	0,128	0,05	1,536
7.	Долбежная	9,4	0,5	0,94	0,99	0,25	14,53

Выбор средств измерения и контроля

Средства измерения и контроля выбраны для операции приёмочного контроля. Контроль осуществляется для наиболее ответственных поверх-ностей, отверстий, элементов конструкции деталей.

Контроль детали осуществляется:

– станочниками на основных технических операциях;

– на операции приемного контроля в конце маршрута.

Главным контрольным мероприятием является приемочный контроль.

Средства измерения и контроля выбраны по методике, изложенной в [14]. В основу выбора положена следующая зависимость:

(3.16)

Исходные данные:

- тип контролируемой поверхности и размера;

- масса детали и её габаритные размеры;

- размеры контролируемой поверхности;

- точность;

- метрологические характеристики средства измерения;

- тип производства.

Выбранные средства измерения и их метрологические характеристики приведены в таблице 3.10.

Таблица 3.10. Средства измерения и их метрологические характеристики

Контролируемый размер или параметр	Наименование средства контроля или измерения	Метрологические характеристики
		Предельная погрешность измерений ±Дlim, мм	Цена деления, мм	Диапазон измерения, мм
Шейки вала	Микрометр рычажный МР по ГОСТ 4381-80	±0,001 - ±0,002	0,002	0 - 100
Шерохова-тость	Профилограф - профилометр по ГОСТ 19299-73 тип А1, мод. 252	-	-	0,02 - 200
Биение вала	Биениемер - ПБ-250	±0,008	0,01	0-10

Разработка управляющей программы для станка с ЧПУ

В маршруте обработки детали предусмотрено три операции, выполняемых на станках с ЧПУ: токарно-фрезерная, токарная и сверлильная.

Разработка управляющей программы для обработки одного из концов шпиндельного вала для токарного станка с ЧПУ мод. 16К20Ф3С5.

Текст управляющей программы:

%

№1 (DIS «ACTIVATORTOK1)

№2 T1.1MO6

№3 G18G71G91G95G96G80MO4

№4 G00G01X100YOZ30

№5 X-2Z-18

№6 Z-92F0.2

№7 Х2.5

№8 Z-92

№9 Х-5

№10 Z-40

№11 X5Z60

№12 T2.2M06S120

№13 X9.5Z-18

№14 Z-2F0.05

№15 Z-40

№16 X2.2

№17 Z-50

№18 X6.7Z110

№19 Z110Y110M05

№20 G97T3.3M06

№21 (USS, B, S350)

№22 X-24.5B-80Z27.5M13

№23 G97B5.5F0.06

№24 Z-26

№25 B-1

№26 Z26

№27 G9...