Разработка технологического процесса для изготовления вала

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Ведущее место в росте экономики любой страны принадлежит отраслям машиностроения. Цель проектирования технологических процессов изготовления деталей машин - установить наиболее рациональный и экономный способ обработки, при этом обработка деталей на металлорежущих станках должна обеспечивать выполнение требований, предъявляемых к точности и чистоте обрабатываемых поверхностей, правильности контуров, форм и т.д.

На данном этапе развития аппаратостроения при проектировании технологических процессов стремятся к максимально возможной механизации и автоматизации, применению малоотходных способов получения заготовок механической обработки без снятия слоя металла, уменьшению трудоемкости изготовления деталей.

Одной из самых распространенных и достаточно ответственных деталей машин и механизмов является вал. К изготовлению валов предъявляются высокие требования: по точности, по прочности и по эксплуатационным данным. Поэтому требуется серьезная комплексная проработка на всех стадиях процесса производства.

Валы в основном изготавливают из конструкционных и легированных сталей, обладающих высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью, малой чувствительностью к концентрации напряжений. А для повышения износостойкости эти материалы подвергают термической обработке.

Рассмотрен вал, изготовленный из стали марки 45 ГОСТ 1050-88 - конструкционная углеродистая качественная сталь. Механические свойства этой стали позволяют ей выдерживать значительные перепады температур и другие неблагоприятные климатические воздействия. Эта сталь способна выдержать температурные испытания от 200 до 600 градусов по Цельсию.

В данной курсовой работе изложены характеристика и обоснование выбора станочного оборудования, выбор и описание режущего инструмента, контрольно-измерительного инструмента, описание технологической оснастки для изготовления вала. Программа выпуска - 16000 штук, т.е. производство среднесерийное.

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

Задачи курсового проектирования - провести анализ и выбрать станочное оборудование, режущий инструмент и контрольно-измерительный инструмент основываясь на рациональный и экономичный способ изготовления детали.

Актуальность данной темы связана с состоянием основных производственных фондов от которых зависят конечные результаты экономико-хозяйственной деятельности предприятий. Исходя из данных Министерства статистики и анализа износ основных фондов по некоторым отраслям промышленности составляет более 80%. Полная загрузка и частичное обновление производственных мощностей способствует улучшению всех технико-экономических показателей: росту производительности труда, повышению фондоотдачи, увеличению выпуска продукции, снижению ее себестоимости и повышению рентабельности.

1. Общие сведения о станках с ЧПУ

Под управлением станком принято понимать совокупность воздействий на его механизмы, обеспечивающие выполнение технологического цикла обработки, а под системой управления - устройство или совокупность, реализующих эти воздействия.

Числовое программное управление (ЧПУ) - это управление, при котором программу задают в виде записанного на каком-либо носителе массива информации. Управляющая информация для систем ЧПУ является дискретной и ее обработка в процессе управления осуществляется цифровыми методами. Управление технологическими циклами практически повсеместно осуществляется с помощью программируемых логических контроллеров, реализуемых на основе принципов цифровых электронных вычислительных устройств.

Системы ЧПУ практически вытесняют другие типы систем управления.

По технологическому назначению и функциональным возможностям системы ЧПУ подразделяют на четыре группы:

1. Позиционные, в которых задают только координаты конечных точек положения исполнительных органов после выполнения ими определенных элементов рабочего цикла.

2. Контурные, или непрерывные, управляющие движением исполнительного органа по заданной криволинейной траектории.

3. Универсальные (комбинированные), в которых осуществляется программирование как перемещений при позиционировании, так и движения исполнительных органов по траектории, а также смены инструментов и загрузки-выгрузки заготовок.

4. Многоконтурные системы, обеспечивающие одновременное или последовательное управление функционированием ряда узлов и механизмов станка.

Примером применения систем ЧПУ первой группы являются сверлильные, расточные и координатно-расточные станки. Примером второй группы служат системы ЧПУ различных токарных, фрезерных и круглошлифовальных станков. К третьей группе относятся системы ЧПУ различных многоцелевых токарных и сверлильно-фрезерно-расточных станков.

К четвертой группе относятся бесцентровые круглошлифовальные станки, в которых от систем ЧПУ управляют различными механизмами: правки, подачи бабок и т.д. Существуют позиционные, контурные, комбинированные и многоконтурные циклы управления.

По способу подготовки и ввода управляющей программы различают так называемые оперативные системы ЧПУ (в этом случае управляющую программу готовят и редактируют непосредственно на станке, в процессе обработки первой детали из партии или имитации ее обработки) и системы, для которых управляющая программа готовится независимо от места обработки детали. Причем независимая подготовка управляющей программы может выполняться либо с помощью средств вычислительной техники, входящих в состав систем ЧПУ данного станка, либо вне ее (вручную или с помощью системы автоматизации программирования).

Программируемые контроллеры - это устройства управления электроавтоматикой станка. Большинство программируемых контролеров имеют модельную конструкцию, в состав которой входят источник питания, процессорный блок и программируемая память, а также различные модули входов/выходов. Для создания и отладки программ работы станка применяют программирующие аппараты. Принцип работы контроллера: опрашиваются необходимые входы/выходы и полученные данные анализируются в процессорном блоке. При этом решаются логические задачи и результат вычисления передается на соответствующий логический или физический выход для подачи в соответствующий механизм станка.

В программируемых контролерах используют различные типы памяти, в которой хранится программа электроавтоматики станка: электрическую перепрограммируемую энергонезависимую память; оперативную память со свободным доступом; стираемую ультрафиолетовым излучением и электрически перепрограммируемую.

Программируемый контролер имеет систему диагностики: входов/выходов, ошибки в работе процессора, памяти, батареи, связи и других элементов. Для упрощения поиска неисправностей современные интеллектуальные модули имеют самодиагностику. Программоноситель может содержать как геометрическую, так технологическую информацию. Технологическая информация обеспечивает определенный цикл работы станка, а геометрическая - характеризует форму, размеры элементов обрабатываемой заготовки и инструмента и их взаимное положение в пространстве.

Станки с программным управлением (ПУ) по виду управления подразделяют на станки и системами циклового программного управления (ЦПУ) и станки с системами числового программного управления (ЧПУ). Системы ЦПУ более просты, так как в них программируется только цикл работы станка, а величины рабочих перемещений, т.е. геометрическая информация, задаются упрощенно, например с помощью упоров. В станках с ЧПУ управление осуществляется от программоносителя, на который в числовом виде занесена и геометрическая, и технологическая информация.

В международной практике приняты следующие обозначения: NC-ЧПУ; HNC-разновидность ЧПУ с заданием программы оператором с пульта с помощью клавиш, переключателей и т.д.; SNS-устройство ЧПУ, имеющее память для хранения всей управляющей программы; CNC-управление автономным станком с ЧПУ, содержание мини-ЭВМ или процессор; DNS-управление группой станков от общей ЭВМ.

Для станков с ЧПУ стандартизованы направления перемещения и их символика. Стандартом ISO-R841 принято за положительное направление перемещения элемента станка считать то, при котором инструмент или заготовка отходят один от другого. Исходной осью (ось Z) является ось рабочего шпинделя. Если эта ось поворотная, то ее положение выбирают перпендикулярно плоскости крепления детали. Положительно направление оси Z-от устройства крепления детали к инструменту.

Использование конкретного вида оборудования с ЧПУ зависит от сложности изготовления детали и серийности производства. Чем меньше серийность производства, тем большую технологическую гибкость должен иметь станок.

При изготовлении деталей со сложными пространственными профилями в единичном и мелкосерийном производстве использование станков с ЧПУ является почти единственным технически оправданным решением. Это оборудование целесообразно применять в случае, если невозможно быстро изготовить оснастку. В серийном производстве также целесообразно использовать станки с ЧПУ.

Принципиальная особенность станка с ЧПУ - это работа по управляющей программе (УП), на которой записаны цикл работы оборудования для обработки конкретной детали и технологические режимы. При изменении обрабатываемой на станке детали необходимо просто сменить программу, что сокращает на 80...90% трудоемкость переналадки по сравнению с трудоемкостью этой операции на станках с ручным управлением.

Основные преимущества станков с ЧПУ:

1. Производительность станка повышается в 1,5...2,5 раза по сравнению с производительностью аналогичных станков с ручным управлением.

2. Сочетается гибкость универсального оборудования с точностью и производительностью станка-автомата.

3. Снижается потребность в квалифицированных рабочих станочниках, а подготовка производства переносится в сферу инженерного труда.

4. Детали, изготовленные по одной программе, являются взаимозаменяемыми, что сокращает время пригоночных работ в процессе сборки.

5. Сокращаются сроки подготовки и перехода на изготовление новых деталей благодаря предварительной подготовке программ, более простой и универсальной технологической оснастке.

6. Снижается продолжительность цикла изготовления деталей и уменьшается запас незавершенного производства.

2. Выбор и описание станочного оборудования

Выбор станочного оборудования является одной из важнейших задач при разработке технологического процесса изготовления детали. От правильного его выбора зависит производительность изготовления детали, экономное использование производственных площадей, электроэнергии, возможность механизации и автоматизации ручного труда и в итоге себестоимость изделия.

Критерии выбора станка:

· Тип производства;

· Технологические возможности реализации включенных в операции методов обработки (состав технологических переходов);

· Габариты рабочей зоны;

· Количество размещаемых инструментов;

· Мощность двигателей;

· Цена станка.

В мелкосерийном и серийном производствах используются станки с меньшей универсальностью, но с большей производительностью и автоматизацией управления: токарно-револьверные полуавтоматы, токарно-винторезные с ЧПУ.

2.1 Выбор станочного оборудования для токарной операции

Для среднесерийного типа производства с годовой программой 16000 штук в таблице 1 приведены следующие токарно-револьверные обрабатывающие центры.

Таблица 1. Токарно-револьверные обрабатывающие центры

Исходя из цены, качества, скорости обработки и конфигурации детали выбран токарно-револьверный обрабатывающий центр HAAS ST-10.

HAAS ST-10 занимает малую площадь, однако имеет вместительную зону обработки 355Ч355 мм с наибольшим диаметром устанавливаемого изделия 412 мм. Гидравлический патрон 165 мм вращается со скоростью до 6000 об/мин, а векторный привод мощностью 11,2 кВт обеспечивает максимальный крутящий момент 101 Нм. Торец шпинделя A2-5 имеет отверстие 58 мм. Наибольший диаметр прутка 44 мм. Скорость быстрых перемещений равна 30,4 м/мин по осям X и Z, а 12-позиционная револьверная головка BOT осуществляет смену инструментов за 0,5 сек.

Доступные опции

Автоматическая система для настройки инструмента, ловитель деталей, измерительная система, ленточный транспортер для удаления стружки, СОЖ через инструмент (21 бар), СОЖ через инструмент (69 бар), высокопроизводительный насос СОЖ, приводной инструмент и C-ось, револьверная головка BOT, задняя бабка, дополнительная фильтрация СОЖ, комплект для подъема станка, инструментальная оснастка и приспособления, принадлежности для подачи прутка, дополнительные 8 резервных «М»-функций, пульт дистанционного управления, ориентация шпинделя, Ethernet интерфейс, расширение памяти до 750 Мб, система интуитивного программирования, блок раннего обнаружения исчезновения электропитания, система визуального программирования при помощи «быстрого кодирования», кабель для М-кода/MFIN, задаваемые пользователем макрокоманды.

2.2 Выбор станочного оборудования для шлифовальной операции

Таблица 2. Станки шлифовальные

Основываясь на размерах, чистоте обработки детали и габаритных размерах станка выбран 3Б12 станок круглошлифовальный универсальный.

Универсальный круглошлифовальный станок 3Б12 предназначен для шлифования наружных и внутренних цилиндрических и конических поверхностей в условиях индивидуального и мелкосерийного производства.

Станок имеет поворотный стол. Это дает возможность шлифовать не только цилиндрические, но и пологие конические поверхности.

Благодаря поворотной передней и поворотной шлифовальной бабке можно шлифовать крутые конические наружные и внутренние поверхности.

Шлифовальная бабка состоит из двух частей. Верхняя часть шлифовальной бабки может передвигаться относительно нижней (верхних салазок). Это дает возможность шлифовать периферией шлифовального круга торец детали, закрепленной в патроне.

На станке 3Б12 можно шлифовать как в неподвижных центрах, так и в патроне.

На станке можно выполнять следующие виды обработки:

· продольное и врезное шлифования при ручном управлении до упора;

· продольное шлифование до упора с поперечной автоматической подачей, осуществляющейся при реверсе стола;

· шлифование торцевых поверхностей периферией круга.

На станке можно обрабатывать валы диаметром от 8 до 200 мм длиной от 100 до 500 мм и отверстия диаметром от 20 до 50 мм длиной до 75 мм.

3. Выбор и описание режущего инструмента

Исходными данными для выбора режущего инструмента является технологический маршрут изготовления вала и его чертеж.

1. Резец DCLNL 2525M-16 - токарный проходной и подрезной резец (державка, резцовая головка, картридж) левого (L) исполнения с механическим креплением сменной режущей пластины.

Система крепления пластины: прижим повышенной жесткости за отверстие сверху (тип D).

Главный угол в плане: 95 градусов.

Основной тип режущей сменной пластины: ромб 80 градусов с отверстием без задних углов.

Резец DCLNL 2525M-16 предназначен для токарной обработки плоских и фасонных поверхностей.

Пластина CNMG 160612-M3P (С - форма, N - задний угол, M - допуски, G - тип пластины) - пластина режущая сменная двусторонняя многогранная без задних углов (негативная) ромбической формы с углом при вершине 80 градусов с цилиндрическим отверстием со стружколомающими канавками (ГОСТ - код 05125), режущая пластина предназначена для чистовой обработки детали.

2. Резец HELIL 2525-6T12 - резец канавочный, предназначен для обработки канавок, отрезки заготовки, пластинка GRIP 6008Y - пластина режущая шириной 6мм.

3. Сверло спиральное с цилиндрическим хвостовиком средней серии d=10 мм из быстрорежущей стали Р6М5 ГОСТ 10902-77.

Свёрла спиральные с цилиндрическим хвостовиком применяются для создания отверстий в различных материалах при помощи механизированного ручного инструмента, реже, при помощи стационарных станков. Для крепления таких свёрл служат патроны. ГОСТ предусматривает выпуск свёрл ц/х диаметром до 20мм. Существуют три модификации таких свёрл по длине рабочей части сверла: длинная, средняя и короткая.

4. Комплект коротких метчиков с проходными хвостовиками М12х1,75 ГОСТ 3266-81.

Метчик - инструмент для формирования профиля резьбы в отверстии. Метчики имеют рабочую часть, шейку и хвостовик. Рабочая часть метчика предназначена для механической обработки резанием и состоит из заборной части, режущих зубьев и калибрующих зубьев. Хвостовик инструмента предназначен для закрепления инструмента на станках в специальные резьбонарезные патроны, либо при слесарных работах квадратный хвостовик метчика устанавливается в метчикодержатель или вороток. Проходной хвостовик позволяет нарезать резьбу длиннее, чем режущая часть метчика.

5. Круг шлифовальный 300х40х127 63С (Р24) - для обработки деталей из чугуна, цветных металлов, гранита, мрамора, твердых сплавов. Рабочая скорость - 35 м/с, микротвердость 3300 - 3600 кгс/кв.мм. Зернистость - 800 мкм.

Круг шлифовальный прямого профиля на керамической связке.

Материал: 63С - Карбид кремния зеленый.

4. Выбор и описание контрольно-измерительного приспособления

станок токарный вал режущий

В качестве контрольно-измерительного приспособления для резьбового отверстия используют калибр пробки проходную и непроходную.

Калибр контролирует наибольший средний диаметр внутренней резьбы.

Калибр, как правило, не должен ввинчиваться в контролируемую резьбу. Допускается ввинчивание калибра до двух оборотов (у сквозной резьбы с каждой из сторон). При контроле коротких резьб (до 4 витков) ввинчивание калибра-пробки допускается до двух оборотов с одной стороны или в сумме с двух сторон. Число оборотов определяется при вывинчивании калибра. Для проверки глубины отверстия используем штангенглубиномер ШГ 160-0,01 ГОСТ 162-90.

В качестве контрольно-измерительного приспособления для контроля диаметров вала используют калибры-скобы Ш 45; 35±0,012; 35 -0,2; ГОСТ 18360-93. Скобы предназначены для контроля наружных диаметров. Проходная сторона (ПР) имеет размер, равный наибольшему размеру вала, а непроходная (НЕ) - наименьшему предельному размеру вала.

Применение: проходная сторона для валов должна проходить в проверяемую поверхность контролируемого размера, а непроходная сторона не должна в нее проходить.

Контрольные поверхности должны быть слегка смазанными. Применение чрезмерных усилий при контроле приводит к неправильным показаниям и преждевременному износу контрольных поверхностей.

Для проверки отклонения от соосности шеек ступенчатый вал укладывают базовыми шейками на призмы контрольного приспособления, а стержнем индикатора касаются поверхности контролируемой шейки. Поворачивая вал вокруг оси, определяют биение шейки по разности показаний индикатора.

В качестве контрольно-измерительного приспособления для контроля шероховатости применяем микрометр и образцы шероховатости поверхности.

Микрометр ГОСТ 6507-90 - универсальный инструмент (прибор), предназначенный для измерений линейных размеров абсолютным или относительным контактным методом в области малых размеров с низкой погрешностью (от 2 мкм до 50 мкм в зависимости от измеряемых диапазонов и класса точности), преобразовательным механизмом которого является микропара винт - гайка.

Образцы шероховатости поверхности ГОСТ 9378-93 - это образцы, имеющие известные параметры шероховатости. Под шероховатостью поверхности понимается совокупность неровностей.

Заключение

В курсовом проекте разработана карта наладки, составлена операционная расчетно-технологическая карта согласно технологическому процессу на механическую обработку детали «Вал» в условиях среднесерийного производства. Описано общее назначение станочного оборудования с ЧПУ.

На основании технологичности конструкции детали проанализировано и подобрано станочное оборудование. Проанализирован и выбран режущий инструмент и контрольно-измерительное приспособление.

На основании выше изложенного поставленные цели и задачи выполнены.

Размещено на Allbest.ru