Составление технологического маршрута и проектирование технологических операций изготовления детали "Шестерня"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Составление технологического маршрута и проектирование технологических операций изготовления детали «Шестерня»

Введение

Автоматизация производства -- это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Введение автоматизации на производстве позволяет значительно повысить производительность труда, обеспечить стабильное качество выпускаемой продукции, сократить долю рабочих, занятых в различных сферах производства. До внедрения средств автоматизации замещение физического труда происходило посредством механизации основных и вспомогательных операций производственного процесса. Интеллектуальный труд долгое время оставался не механизированным (ручным). В настоящее время операции физического и интеллектуального труда, поддающиеся формализации, становятся объектом механизации и автоматизации.

Практически 50-е годы явились периодом, когда автоматизация производства начала внедряться во все имеющие значительный удельный вес отрасли народного хозяйства СССР. В машиностроении -- производстве тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин -- были пущены автоматические линии; начал работать автоматизированный завод по производству поршней для автомобильных двигателей. Закончен перевод на автоматическое управление агрегатов ГЭС, многие из них были полностью автоматизированы.

В металлургической промышленности около 95 % чугуна и 90 % стали выплавлялось в автоматизированных печах; были введены в эксплуатацию первые автоматизированные прокатные станы. Пущены автоматические установки на нефтеперерабатывающих предприятиях. Автоматизированы многие системы водоснабжения. Лёгкая и пищевая промышленность стала широко оснащаться автоматами и полуавтоматами для расфасовки, дозировки и упаковки продукции и автоматическими линиями по производству продуктов.

Парк автоматизированного оборудования в 1953 году вырос в 10 раз (по сравнению с 1940 годом). В металлообрабатывающей промышленности появились станки с программным управлением.

Станки с ЧПУ сейчас используются практически во всех направлениях машиностроения, выполняя разнообразные технологические операции - от токарных до шлифовальных и т.п. Станок с ЧПУ реализует заложенную в него программу работы, совершая требуемые операции автоматически. Опции, которые позволяют вводить и изменять нужные параметры работы станка, размеры, точность и переключаться на нужные режимы работы - все это открывает колоссальные возможности при обрабатывании металлических заготовок.

Практически все современные станки с ЧПУ сочетают в себе высокую точность, надежность, скорость работы и простоту в использовании. Кроме того, станок с ЧПУ освобождает оператора от необходимости проведения необходимых расчетов - программа безошибочно функционирует в соответствии с подсчетами. Станки с ЧПУ предоставляют свести к минимуму роль оператора, а также меньше взаимодействовать с производственными аппаратами, вследствие чего повышается безопасность технологического процесса.

Данный дипломный проект раскрывает технологию изготовления детали «Шестерня» на токарном станке с ЧПУ GILDEMMEISTER CTX-410.

1. Характеристика объекта проектирования

Деталь «Шестерня» - это сборочная единица сенсора DN25-50 на прибор UFM500. Врезной двухлучевой расходомер UFM500 предназначен для измерения объемного расхода сырой и товарной нефти, нефтепродуктов, животных жиров, масел, воды (горячей и холодной) и других жидкостей во всех отраслях промышленности. Данный прибор применяется для измерений различного характера на предприятиях химической и нефтехимической промышленности, предприятиях по переработке газа и нефти, сооружениях очистки воды и сточных вод, электростанциях и др.

Соединение детали «Шестерня» в сенсоре происходит пайкой.

Габаритные размеры детали «Шестерня»: наружный диаметр - 10 мм, высота шестерни - 4 мм, масса - 0,01 кг. Деталь «Шестерня» изготавливается из латуни ЛС59-1 Р ГОСТ Р 52597-2006.

Материал заменитель: C38000, C3710, CuZn39Pb1.

Автоматная многокомпонентная латунь ЛС59-1 имеет химический состав по ГОСТ 15527. ЛС59-1 на 57-60 % состоит из меди, 37,05-42,2 % цинка, 0,8-1,9 свинца и до 0,75 % примесей. Наряду со сплавом Л63 -- ЛС59-1 обрёл наиболее широкое применение среди латуней обрабатываемых давлением. Свойства данного материала представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Свойства материала ЛС59-1

ЛС59-1 - Автоматная многокомпонентная латунь.
Коэффициент трения со смазкой	0,0135
Коэффициент трения без смазки	0,17
Температура плавления	900	0С
Температура горячей обработки	780-820	0С
Температура отжига	600-650	0С
Уд. электросопротивление	390	Ном*м
Коэффициент линейного расширения	11,9	10-6*1/0С
Предел текучести	390	МПа
Железо	0,5	%
Фосфор	0,02	%
Медь	57-60	%
Свинец	0,8-1,9	%
Цинк	37,05-42,2	%
Сурьма	0,01	%
Висмут	0,03	%
Олово	0,3
Примеси	0,75	%

2. Служебное назначение, условие работы детали

Ультразвуковой расходомер предназначен для измерения расхода почти всех продуктов, включая кислоты и щелочи, серу и хлор, органические вещества, жидкие газы и битум, сырую нефть и сжиженный углеводородный газ, деминерализованную воду, воду, используемую для охлаждения и питьевую воду.

Данный прибор применяется для измерений различного характера на предприятиях химической и нефтехимической промышленности, предприятиях по переработке газа и нефти, сооружениях очистки воды и сточных вод, электростанциях и др.

Эти приборы используются в широкой гамме приложений: для проверки измерений, контроля протекания процессов, точечных замеров, контроля передвижений продукта, обнаружения утечек, идентификации продукта, смешивания, дозирования и измерения перекачиваемых продуктов. Ультразвуковые расходомеры гарантируют высокую эффективность эксплуатации и надежность для широкой области внедрений.

Вся работа ультразвуковых расходомеров основана на принципе измерения разности времени прохождения ультразвука. Измерение разности времени прохождения основано на простом физическом явлении. Представьте себе, что два каноэ пересекают реку по одной и той же диагонали, причем одно из них по течению, а другое против течения. Каноэ, движущемуся по течению, нужно гораздо меньше времени, чтобы добраться до противоположного берега. Ультразвуковые волны ведут себя точно так же. Звуковая волна, распространяющаяся в направлении потока, движется с большей скоростью, чем движущаяся против потока (vAB > vBA). Время прохождения tAB и tBA непрерывно измеряется. Разность времени прохождения двух ультразвуковых волн (tBA -- tAB) прямо пропорциональна средней скорости продукта (vm). Объемный расход равен средней скорости продукта (vm), умноженной на площадь трубы. Жидкости идентифицируются путем прямого измерения времени прохождения ультразвуковых волн. При одинаковой длине пути (L) время прохождения, например, в воде будет меньше, чем в сырой нефти.

3. Анализ соответствия технических условий и норм точности назначению детали

Технические требования и нормы точности вытекают из служебного назначения детали и являются результатом преобразования качественных и количественных показателей служебного назначения детали в показатели размерных связей ее исполнительных поверхностей.

К деталям типа тел вращения предъявляют комплекс технических условий, определяемых из служебного назначения детали. Соблюдение технологических условий означает формирование требуемых физико-механических свойств материала детали, получение необходимой прочности и виброустойчивости, обеспечение требуемой геометрической точности детали и создание условий для удобства выполнения механосборочных и эксплуатационных работ. Технические условия, относящиеся к параметрам геометрической точности детали, выполняют в результате обработки резанием на различных этапах технологического процесса изготовления детали.

При изготовлении детали необходимо обеспечить следующие технические условия:

Поверхность диаметром 10±0,05 с шероховатостью Ra = 3,6 мкм.

Посадочным местом под втулку изолирующую являются поверхности Ш7,9_-0,1 и выемка 1,2±0,1.

В шестерне имеется внутреннее отверстие Ш0,8^+0,1.

Остальные поверхности являются свободными и предназначены для соединения основных и вспомогательных баз.

Материал: латунь автоматная многокомпонентная - соответствует конструктивным и прочностным характеристикам детали.

Остальные ТТ по ГОСТ 30893.2. Стандарт предусматривает ряд технических требований, предъявляемых к механической обработке и обеспечивающих требуемое качество.

4. Систематизация поверхностей

В машиностроении существует четыре вида поверхностей деталей и изделий:

1) исполнительные поверхности, с их помощью деталь выполняет свое служебное назначение;

2) основные поверхности, с их помощью определяется положение данной детали в изделии;

3) вспомогательные поверхности, с их помощью определяется положение присоединяемых деталей относительно данной;

4) свободные поверхности, не соприкасающиеся с поверхностями других деталей.

Различают: конструкторские, измерительные, технологические, контактные базы.

Конструкторская база - база, используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии. Они подразделяются на основные и вспомогательные.

Основная база - конструкторская база детали или сборочной единицы, используемая для определения их положения в изделии.

Вспомогательная база - конструкторская база детали или сборочной единицы, используемая для определения присоединяемого к ним изделия.

Технологические базы назначают при технологическом проектировании изготовления изделий и непосредственно в процессе их производства.

Технологическая база - база, используемая для определения положения заготовки или изделия при изготовлении и ремонте.

При контроле размеров, точности формы и расположения поверхностей выполняются измерения с использованием измерительных баз.

Измерительная база - база, используемая для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения.

5. Анализ технологичности детали

Технологичность конструкции - совокупность свойств конструкции изделия, обеспечивающих возможность оптимальных разовых затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, условий изготовления и эксплуатации.

Технологичность закладывается в конструкцию при соответствующем назначении параметров деталей (материала, размеров и их отклонений, шероховатости и т. п.), форм и взаимного расположения поверхностей их элементов. Технологичность базируется на стандартизации, унификации и преемственности. Во многих случаях только возможности технологии (воплощающей в себе достижения науки и техники) позволяют достичь уникальных результатов и высоких потребительских свойств.

Технологичность не является характеристикой, которая бы однозначно выражалась в каких-либо единицах измерения. При производстве различных изделий технологичность во многом определяет себестоимость, затраты на изготовление и последующее использование.

Эскиз детали с обозначением поверхностей требующих механической обработки показан на рисунке 1.

Рисунок 1 - Деталь «Шестерня» с указанием поверхностей

Таблица 2 - Характеристика поверхностей детали «Шестерня»

Название поверхности	Количество поверхностей	Кол-во унифицированных поверхностей	Квалитет точности	Параметры шероховатости
Торец 1	1	1	5	Ra1,6
Фаска 2	1	1	14	Ra6,3
Поверхность 3	1	1	6	Ra1,6
Канавка 4	1	1	6	Ra6,3
Выточка 5	1	1	6	Ra6,3
Конус 6	1	1	14	Ra6,3
Отверстие 7	1	1	7	Ra6,3
Торец 8	1	1	5	Ra3,2

Q_Э = 8;

Q_УЭ = 8.

где Q_Э - число типоразмеров конструктивных элементов в изделии;

Q_УЭ - число унифицированных типоразмеров конструктивных элементов.

Определим степень технологичности по следующим показателям:

1. Коэффициент использования материала

(1)

где m_Д - масса детали, кг;

m_З - масса заготовки, кг.

К_И.М. > 0,7 - следовательно, деталь по способу использования материала технологична.

2. Коэффициент унификации конструктивных элементов

(2)

К_У.Э. > 0,6 - следовательно, деталь по унификации конструктивных элементов технологична.

3. Коэффициент точности

(3)

где А_СР - средний квалитет точности.

(4)

где n_i - количество поверхностей соответствующего квалитета;

Q_Э - общее количество поверхностей.

К_Т > 0,8 - следовательно, деталь по точности технологична.

4. Коэффициент шероховатости

(5)

где Б_СР - среднее арифметическое значение шероховатости обрабатываемых поверхностей по параметру Ra.

(6)

где n_i - количество поверхностей соответствующей шероховатости;

Q_Э - общее количество поверхностей.

К_Ш<0.32 - следовательно, деталь по параметру шероховатость технологична.

6. Выбор типа производства

Различают три основных типа машиностроительного производства: массовое, серийное и единичное. В некоторых случаях серийное производство подразделяют на крупносерийное и мелкосерийное. Первое по своим характеристикам ближе к массовому производству, второе - к единичному. Для предварительной оценки типа производства можно воспользоваться характеристикой серийности, в основу которой положена классификация деталей по их массе и габаритам. Зная данные по объему выпуска изделий, их массу и габариты, по таблице 3 можно установить тип производства.

Таблица 3 - Зависимость типа производства от объема годового выпуска и массы детали

Масса детали, кг	Тип производства
	Единичное	Мелко-серийное	Средне-серийное	Крупно-серийное	Массовое
	Объем годового выпуска деталей, шт.
<1.0	<50	50-500	500-5000	5000-50000	>50000
1.0…2.5	<40	40-400	400-4000	4000-40000	>40000
2.5…5.0	<30	30-300	300-3000	3000-30000	>30000
5.0…10.0	<20	20-200	200-2000	2000-20000	>20000
>10.0	<10	10-100	100-1000	1000-10000	>10000

Принимаем, что годовой план завода изготовителя включает деталь «Шестерня» объемом 1500 штук:

Массу детали определяем по формуле:

(7)

где сo - плотность материала шестерни;

S - стенка;

D - наружный диаметр;

L - высота.

По таблице 3 определяем, что наша деталь «Шестерня» относится к среднесерийному производству.

Расчет объема выпуска и размера партии деталей

Годовой объем выпуска детали «Шестерня» можно определить по формуле:

 (8)

где - годовой объем выпуска СЕ «Шестерня»;

n = 1 - количество деталей «Шестерня» в СЕ;

в = 10% - процент запасных деталей.

Принимаем

Такт выпуска деталей можно определить по формуле:

(9)

где - действительный годовой фонд времени работы оборудования в часах:

Приближенно коэффициент закрепления операций можно вычислить по формуле:

(10)

где - среднее штучное время.

По заводскому технологическому процессу время механической обработки шестерни:

= 5,6 мин

Согласно рекомендациям ГОСТ 3.1108-74, соответствует среднесерийному типу производства.

Анализ способов определения типа производства показал, что тип производства детали «Шестерня» является среднесерийным.

Среднесерийное производство - наиболее распространенный тип производства. Он характеризуется постоянством выпуска довольно большой номенклатуры изделий. Это позволяет организовать выпуск продукции более или менее ритмично. Выпуск изделий в больших или относительно больших количествах позволяет проводить значительную унификацию выпускаемых изделий и технологических процессов, изготовлять стандартные или нормализованные детали, входящие в конструктивные ряды, большими партиями, что уменьшает их себестоимость.

Размер партии деталей можно определить по формуле:

(11)

где - срок, в течение которого должен храниться на складе запас деталей; Ф = 250 дней - число рабочих дней в году.

Принимаем размер партии деталей

Число запусков деталей в месяц:

(12)

Принимаем число запусков изделий в месяц

7. Выбор и проектирование заготовки

Необходимость экономии материальных ресурсов предъявляет высокие требования к рациональному выбору заготовок, к уровню их технологичности, в значительной мере определяющей затраты на технологическую подготовку производства, себестоимость, надежность и долговечность изделий.

Правильно выбрать способ получения заготовки - означает определить рациональный технологический процесс ее получения с учетом материала детали, требований к точности ее изготовления, технических условий, эксплуатационных характеристик и серийности выпуска.

Машиностроение располагает большим количеством способов получения деталей. Это многообразие, с одной стороны, позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики машин за счет использования свойств исходного материала, с другой - создает трудности при выборе рационального, экономичного способа получения детали.

Особенно важно правильно выбрать вид заготовки, назначить наиболее рациональный технологический процесс ее изготовления в условиях автоматизированного производства, когда размеры детали при механической обработке получаются «автоматически» на предварительно настроенных агрегатных станках или станках с числовым программным управлением (ЧПУ). В этом случае недостаточные припуски так же вредны, как и излишние, а неравномерная твердость материала или большие уклоны на заготовке могут вызвать значительные колебания в допусках размеров готовой детали.

Поэтому очень важен экономически и технологически обоснованный выбор вида заготовки для данного производства. Максимальное приближение геометрических форм и размеров заготовки к размерам и форме готовой детали - главная задача заготовительного производства.

8. Определение вида и метода получения исходной заготовки

Максимально приблизить геометрические формы и размеры заготовки к размерам и форме готовой детали - одна из главных задач в заготовительном производстве. Оптимизируя выбор метода и способа получения заготовки, можно не только снизить затраты на ее изготовление, но и значительно сократить трудоемкость механической обработки.

К заготовкам предъявляются следующие требования:

- приближение формы и размеров заготовки к форме и размерам готовой детали, т.е. уменьшение припусков на обработку и повышение их точности;

- технологичность конструкции заготовки;

- возможность применения наиболее прогрессивных методов получения;

- наличие удобных и надежных технологических баз и поверхностей для транспортировки;

- равномерность припуска и твердости в партии заготовок.

На выбор метода получения заготовки влияют следующие факторы:

- технологическая характеристика материала;

- конструктивная форма поверхностей и размеры заготовки;

- назначение и технические требования на изготовление;

- требуемая точность выполнения, шероховатость и качество поверхностей;

- тип производства, объем выпуска и сроки подготовки производства;

- технические возможности заготовительных цехов предприятия или возможность получения прогрессивных заготовок от специализированных предприятий;

- социальные условия, т.е. безопасность работы, утомляемость, экологические факторы;

- суммарная себестоимость изготовления заготовки.

Основными видами заготовок для деталей являются заготовки, полученные:

- литьем;

- обработкой давлением;

- резкой сортового и профильного проката;

- комбинированными методами;

- специальными методами.

Исходя из особенностей геометрических размеров детали «Шестерня»: малая высота детали - 4 мм, простая форма детали, и большого количества деталей - 1650 шт., целесообразно выбрать способ получения заготовки резка профильного проката - прутка.

Насколько это выгодно определим, проведя технико-экономическое обоснование данного способа получения заготовки.

9. Определение общих припусков на обработку и размеров заготовки

Для определения формы и размеров заготовки, можно воспользоваться величинами допусков на размеры и припусков на механическую обработку, указанными в табл. 1 стр.7 и табл. 4 стр. 8 [1], окончательные размеры и форма заготовки определяются после расчета линейных операционных размеров и допусков на них.

На рисунке 2 обозначены поверхности, на которые определим общие припуски.

Рисунок 2 - Эскиз заготовки детали «Шестерня»

Рассчитаем минимальный припуск на механическую обработку при обработке наружных поверхностей для поверхностей №1 и №3. по формуле:

(13)

где Rz_i-1 - высота неровностей профиля;

h_i - глубина дефектного поверхностного слоя;

?_? - суммарное значение пространственных отклонений для элементарной поверхности на предыдущем переходе;

е_i - погрешность установки заготовки при выполняемом переходе.

Для поверхности №1 прутка припуск будет равен половине 2z_imin.

Для торцов №2 и №3 для заготовок пруток припуск не рассчитывается, так как вся партия деталей будет изготавливаться из одной заготовки.

Таблица 4 - Общие припуски для детали из проката

Поверхность	Квалитет	Размер детали, допускаемое отклонение, мм	Припуски на мех. обработку на размер, мм	Предельные отклонения на заготовку	Размер заготовки, допускаемое отклонение
				+	-
1, 3	5	4±0,025	2	0,5	0,1	6+0,5-0,1
2	6	10±0,05	2	2	0	12+2

Предельные отклонения на заготовку определены по таблицам 62 и 63 стр. 169 [1].

10. Технико-экономическое обоснование выбора заготовки

Проводимые на первом этапе поисковые исследования позволяют определить рекомендуемые способы получения заготовок для деталей. Окончательное решение о выборе конкретного способа из полученного перечня принимается после определения и сравнения себестоимости получения заготовки для каждого из рекомендуемых видов. Сравнение способов производства заготовок по их себестоимости позволяет выбрать оптимальный метод и способ.

Оценку различных вариантов получения заготовок чаще всего производят по двум показателям:

- по коэффициенту использования материала К_ИМ;

- по технологической себестоимости изготовления детали.

Для расчета К_ИМ необходимо определить массу детали и заготовки.

Масса заготовки из прутка:

(14)

где сo - плотность материала,

D - наружный диаметр прутка,

L - высота прутка.

Определим коэффициент использования материала для прутка:

К_ИМ для заготовки пруток находится в пределах допустимого значения.

Рассчитаем технологическую себестоимость изготовления детали по формуле:

(16)

где - вес заготовки, кг;

- оптовая цена за 1 кг заготовки, рублей;

- стоимость механической обработки 1 кг заготовки, рублей;

- стоимость 1 кг отходов, рублей.

Рассчитаем технологическую себестоимость изготовления детали из прутка:

Изготовление детали из прутка выгодно и по отношению к коэффициенту использования материала и по стоимости изготовления. Данный тип заготовки выбираем окончательно.

11. Разработка технологического маршрута изготовления детали

Технологический маршрут определяет последовательность операций и состав технологического оборудования. От того, как построен технологический маршрут, во многом зависят качество детали и эффективность ее изготовления. Разработка маршрутного технологического процесса является сложной задачей и зависит от конструкции детали, материала, требований к ее качеству, вида заготовки, масштаба выпуска.

Базовой исходной информацией служат: рабочий чертеж детали, технические требования, регламентирующие точность, параметры шероховатости поверхности детали и другие требования к качеству. Все это увязывается с характеристиками типов и методов организации производства. Разработка процессов изготовления деталей начинается с составления технологического маршрута.

12. Разработка плана обработки поверхностей заготовки

При определении последовательности обработки поверхности необходимо выбрать метод обработки, соответствующий ее форме, точности, шероховатости, учитывающий свойства материала заготовки.

Определить последовательность и количество переходов обработки можно, используя коэффициент ужесточения точности поверхности и учитывая параметры ее шероховатости.

Коэффициент ужесточения точности определяется по формуле:

(15)

где Т_З - поле допуска заготовки;

Т_Д - поле допуска детали.

Количество требуемых технологических переходов определяется по формуле:

(16)

Полученное число необходимо округлить до ближайшего целого значения.

Определим количество переходов для торцов 1 и 8.

Поле допуска заготовки на торец будет обусловлено точностью работы оснастки станка «Клещи». Согласно паспорту станка Т_З = 249 мкм.

Устанавливаем n_пер = 2.

При обработке происходит уточнение размера до 5 квалитета. Распределим по переходам уточнение размера поверхности по методу арифметической прогрессии:

- получистовое точение - 10 квалитет;

- чистовое точение - 5 квалитет.

Определим количество переходов для фаски 2.

После обработки необходимо достичь 14 квалитета точности и шероховатости Ra5.

Устанавливаем n_пер = 2.

- черновое точение - 14 квалитет;

- получистовое точение - 10 квалитет;

Определим количество переходов для поверхности 3.

После обработки необходимо достичь 6 квалитета точности и шероховатости Ra1,6.

Устанавливаем n_пер = 3.

- черновое точение - 14 квалитет;

- получистовое точение - 10 квалитет;

- чистовое точение - 6 квалитет.

Определим количество переходов для поверхности 4.

Устанавливаем n_пер = 3.

При обработке происходит уточнение размера до 6 квалитета. Распределим по переходам уточнение размера поверхности по методу арифметической прогрессии:

- черновое точение - 14 квалитет;

- получистовое точение - 10 квалитет;

- чистовое точение - 6 квалитет.

Определим количество переходов для выточки 5 и конуса 6.

После обработки необходимо достичь для выточки 6 квалитета точности и для конуса 14 квалитета с шероховатостью Ra6,3.

Устанавливаем n_пер = 3.

- черновое точение - 14 квалитет;

- получистовое точение - 10 квалитет;

- чистовое точение - 6 квалитет.

Определим количество переходов для отверстия 7.

Устанавливаем n_пер = 1.

При сверлении размер отверстия 7 квалитета. Распределим по переходам уточнение размера поверхности по методу арифметической прогрессии: - сверление - 7 квалитет;

На остальные поверхности назначаем однократную обработку.

Составим таблицу исходя из полученных данных.

Таблица 5 - План обработки детали «Шестерня»

	Исходные данные	Черновой	Получистовой	Чистовой
Пов.	Квалитет	ТД, мкм	Ra, мкм	Квалитет	ТД, мкм	Ra, мкм	Квалитет	ТД, мкм	Ra, мкм	Квалитет	ТД, мкм	Ra, мкм
1,8	5	50	3,2	-	-	-	7	100	6,3	5	50	3,2
2	14	500	6,3	14	500	10	14	500	6,3	-	-	-
3	6	100	1,6	14	1900	10	10	400	3,2	6	100	1,6
4	6	100	6,3	14	1300	10	10	300	6,3	6	100	6,3
5,6	6	100	6,3	14	1500	10	10	300	6,3	6	100	6,3
7	7	100	6,3	-	-	-	-	-	-	7	100	6,3

13. Выбор вариантов схем базирования заготовки

Данная схема базирования реализуется при установке заготовки в цанговом патроне.



Рисунок 3 - Схема базирования заготовки операции 40

Расчет припусков и размеров заготовки

Определим минимальные припуски на механическую обработку. Припуск на обработку поверхностей детали может быть назначен по соответствующим справочным таблицам или на основе расчетно-аналитического метода определения припусков.

Рассчитаем минимальный припуск по формуле (стр. 175 [1]):

(17)

где Rz_i-1 - высота неровностей профиля (табл. 5 стр. 181 [1]);

h_i - глубина дефектного поверхностного слоя (табл. 5 стр. 181 [1]);

?_? - суммарное значение пространственных отклонений для элементарной поверхности на предыдущем переходе (табл. 4 стр. 180 [1]);

е_i - погрешность установки заготовки при выполняемом переходе (табл. 16 стр. 44 [1]).

Для поверхностей №1 и №8:

Переход I

Переход I I

Для поверхности №2:

Переход I

Переход I I

Для поверхности №3:

Переход I

Переход I I

Переход I I I

Для поверхности 4:

Переход I

Переход I I

Переход I I I

Для поверхностей №5 и №6:

Переход I

Переход I I

Переход I I I

Для поверхности №7:

Переход I

На основании плана обработки поверхностей и выбранных схем базирования заготовки, приступим к формированию маршрутного техпроцесса обработки детали «Шестерня». Представим в форме таблицы 6 маршрут механической обработки детали с кратким перечнем оборудования и технологической оснастки.

Таблица 6 - Маршрут обработки детали «Шестерня»

№ операции	Наименование и содержание	Оборудование	Оснастка
5	Правка прутка
10	Отрезка конца прутка
15	Заправка конца прутка
20	Токарная	Станок токарный с ЧПУ GILDEMMEISTER CTX-410	Цанга
25	Маркирование	Иглоударная система Sic Marking e8-p122 с.№3	Игла маркировочная
30	Контроль ОТК	Стол тех. контроля

14. Формирование структуры операций

Для четкого понимания процесса обработки сформируем структуру операций и представим в табличной форме.

Таблица 7 - Операционный технологический процесс

№ опер.	Содержание операций	Операционный эскиз	Оборудование
5	Правка прутка
10	Отрезка конца прутка
15	Заправка конца прутка
25	Токарная 1 сторона 1. Установить, зажать заготовку; 2. Подрезать торец, обточить наружную фаску с одного торца, наружный диаметр предварительно и окончательно; 3. Долбить зубья шестерни; 4. Сверлить отверстие 0,8+0,1 5. Расточить выточку и конус предварительно; 6. Расточить выточку и конус окончательно; 7. Притупить острые кромки радиусом 0,2-0,3 мм.		Станок токарный с ЧПУ GILDEMMEISTER CTX-410
40	Токарная 2 сторона 1. Точить наружную выточку 2. Притупить острые кромки радиусом 0,2-0,3 мм.		Станок токарный с ЧПУ GILDEMMEISTER CTX-410
45	Маркирование. 1. Маркировать Чк		Иглоударная система Sic Marking e8-p122
60	Контроль ОТК		Стол тех. контроля

15. Выбор технологического оборудования

Подробное описание маршрутного техпроцесса с указанием содержания операций и перечнем оборудования, приспособлений и инструмента приведено в технологических картах на механическую обработку детали в приложении.

При выборе оборудования нужно опираться на принципы концентрации и дифференциации операций. По возможности обрабатывать максимальное количество поверхностей с одной установки.

На основе спроектированного технологического процесса, мы указали на каком станке будет выполняться каждая операция, с помощью каких приспособлений и инструмента. Выбранное оборудование проверяем по паспортным данным на возможность выполнить назначенные операции.

Рисунок 4 - Токарный станок с ЧПУ GILDEMMEISTER CTX-410

Основные технические характеристики данного токарного станка представлены в таблице 8.

Таблица 8 - Станок токарный с ЧПУ GILDEMMEISTER CTX-410

Параметры	GILDEMMEISTER CTX-410
Страна производитель	Германия
Диаметр обработки	320 мм.
Наибольший диаметр обрабатываемого прутка	65 мм
Мощность шпинделя	21 кВт
Мощность насоса СОЖ	1,7 кВт
Крутящий момент	240 Нм
Система ЧПУ	Sinumerik 840D
Револьверная голова
Число инструментальных позиций, шт	12
Тип резцедержателей	VDI 30
Максимальная скорость вращения приводного инструмента, об/мин	6000
Диаметр расточной оправки, мм	40
Размеры инструмента для точения наружного диаметра, мм	25
Главный шпиндель
Миним. угол поворота шпинделя (ось C) ,°	0,001
Максимальная скорость шпинделя, об/мин	5000
Перемещения
По оси X, мм	250
По оси Z, мм	635
Габариты станка
Масса ориентировочная	5000 кг
Высота станка	1,77 м
Ширина станка	1,71 м
Длина станка	4,3 м
Потребляемая электроэнергия
Присоединяемая мощность	44 кВА
Рабочее напряжение	400 В
Частота	50 Гц
Колебания напряжения при 400 В	+6%, -10%

Маркировка наносится с помощью иглоударной системы Sic Marking. Маркировка на готовых изделиях и отдельных комплектующих и частях позволяет вести компьютерный учет продукции на производстве, складе, при транспортировке, реализации, возврате товаров и изделий. Современная маркировка благодаря штрих-кодам и другим способам кодировки может содержать очень большие массивы информации как о самом изделии, так и о предприятии, изготовившем его. На сегодняшний день в промышленности используются различные способы маркировки. Одни виды маркировки - иглоударная маркировка, маркировка с помощью лазера, краски, спреев - обычно наносятся непосредственно на само изделие, другие - ярлыки, наклейки, бирки, таблички, шильды - изготавливаются отдельно и потом крепятся к изделию различными методами.

Каждый из видов маркировки имеет право на существование, потому что у каждого из них есть свои преимущества и слабые стороны. Но наиболее распространенным способом маркирования в настоящее время является ударно-точечная маркировка. Современное оборудование для нанесения маркировки с помощью игл позволяет создавать изображение, которое невозможно на глаз отличить от традиционной гравировки. При этом возможности оборудования для маркировки иглами позволяют наносить не только буквы, цифры, различные коды, но и любое изображение, вплоть до логотипа компании-производителя, причем высочайшего качества. Современное оборудование для нанесения маркировки с помощью ударных игл воспроизводит любой шрифт, маркирует изделия по радиусу или под углом.

Основные характеристики представлены в таблице 9.

Рисунок 5 - Иглоударная система Sic Marking e8-p122

Таблица 9 - Иглоударная система Sic Marking e8-p122

Параметры	Sic Marking e8-p122
Механические характеристики
Маркировочное окно	120х25 мм
Габаритные размеры	277х207х218 мм
Вес маркиратора	4,1 кг
Кабель управления	7,5 м
Маркировочная игла	Вольфрам-карбидная, длина 60 мм
Установка маркиратора	V-образная передняя опорная панель с антискользящим покрытием
Характеристики контроллера
Размеры	322х380х112 мм
Вес	5 кг
Разрешение LCD экрана	480 x 272 точек
Клавиатура	QWERTY, промышленная мембранная
Потребляемая мощность	300 Вт
Источник питания	Однофазный, переменного тока 85-260 В, 50-60 Гц
Количество осей управления	2
USB-порт	Перенос файлов маркировки
Программное обеспечение
Количество хранимых файлов	Более 2000
Память	7110 КБ
Буквенно-цифровые символы	Последовательности, приращения, дата
Логотипы	Загружаемые с ПК или USB-накопителя
Стиль маркировки	Прямая, под углом, по окружности, инверсная
Размер символов	от 0,1 до 99 мм
Сила удара	Программируемая, 9 уровней
Глубина маркировки	До 0,5 мм
Скорость маркировки	До 5 символов в секунду
Техническое обслуживание	Самодиагностика
Доступные языки	На 17 языках
Рабочие смены (программирование)	10 смен/24 ч

16. Выбор станочных приспособлений и расчет усилий зажима

В процессе обработки на заготовку со стороны режущего инструмента действуют силы резания, стремящиеся сдвинуть её с установочных элементов. Для того чтобы этого не произошло заготовку необходимо закрепить.

Установленная на станок оснастка и приспособления должны не допустить отрыв заготовки, сдвиг или поворот ее под действием сил резания и обеспечить надежное закрепление заготовки в течение всего времени обработки.

Действия сил резания и сил зажима противоположны по направлению. В этом случае величина силы зажима определится из равенства:

(18)

Величину сил резания находят по формулам теории резания, исходя из конкретных условий обработки. Чтобы обеспечить надёжность зажима, силы резания увеличивают на коэффициент запаса k. Этот коэффициент учитывает изменение условий в процессе обработки, прогрессирующее затупление инструмента и связанное с ним увеличение сил резания, неоднородность обрабатываемого материала и т.п. Также необходимо учитывать силу трения, которая уравновешивается силой резания.

Сила зажима заготовки при данном способе крепления заготовки определяется:

(19)

где Р - сила резания;

f_i - коэффициенты трения между трущимися поверхностями.

(20)

ko -- гарантированный коэффициент запаса -- рекомендуется принимать для всех случаев равным 1,5;

k1 - коэффициент, учитывающий наличие случайных неровностей на поверхности заготовки, вызывающих увеличение сил резания.

k2 -- коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при затуплении инструмента.

k3 -- коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании. Обработка происходит без ударов, поэтому в нашем случае k3=1,0.

k4 -- коэффициент, учитывающий постоянство развиваемых сил зажима. Для механических устройств прямого действия (пневматических, гидравлических и т.п.) k4=1,0.

k5 -- коэффициент, учитывающий удобство расположения рукояток в ручных зажимных устройствах. При удобном расположении и малом диапазоне угла её поворота k5=1,0.

k6 -- коэффициент, учитывающий наличие моментов, стремящихся повернуть заготовку. Если заготовка установлена базовой плоскостью на опоры с ограниченной поверхностью контакта, k6=1,0. Если на планки или другие элементы с большой поверхностью контакта, k6=1,5.

При механической обработке детали важными факторами в достижении требуемой точности изготовления является способ базирования и закрепления заготовки, используемый инструмент, а также средства контроля. Используя справочную литературу [2, 8, 10, 11] подберем необходимый инструмент и средства измерения. Сведем данные в табл. 11.

17. Выбор и расчет режущего инструмента

При выборе режущего инструмента руководствуемся следующими правилами:

· Отдаем предпочтение стандартным и нормализованным инструментам;

· Инструментальный материал должен выполнить требования максимальной стойкости инструмента с одной стороны, а с другой - его минимальный стоимости;

· Выбираем инструмент, оснащенный пластинами из твердого сплава.

На операции «Наружное точение» применяем токарный резец со сменной пластиной из твердого сплава с покрытием CP500.

CP500 - универсальный сплав с покрытием PVD, применяется в пластинах для чистовой обработки нержавеющих сталей и нарезания резьбы в обычных и нержавеющих сталях и чугуне.

Материал ЛС-59, ув=160 МПа

Режимы резание: t=1,3 мм; S=0,3 мм/об; n=1200 об/мин; V=75.4 м/мин.

В качестве материала для державки резца выбираем углеродистую сталь 45; ув=610 МПа и допустимое напряжение на изгиб у_изг=20 кг/мм2.

Определяем силу резания:

(21)

где = 300;

x=1.0; y=0.75; n=-0.15 - показатели степени;

- произведение ряда коэффициентов, определяем по формуле:

(22)

где, Кцр=0,94; Кур=1,0; =1,0; Кгр=0,93 - поправочные коэффициенты учитывающие геометрические параметры режущей части инструмента;

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости, определяем по формуле:

(23)

где n=0,75 - показатель степени [6, с.264 табл.9].

Ширина прямоугольного сечения резца при условии h=1,66

(24)

Принимаем b=20 мм; h=25 мм.

Проверяем прочность и жесткость державки резца:

а) максимальная нагрузка, допускаемая прочностью резца

(25)

б) максимальная нагрузка, допустимая жесткостью резца

(26)

где0,05 - допускаемая стрела прогиба резца при чистовом точении;

Е=20000 кг/мм2 - модуль упругость материала державки резца;

l=60 мм - вылет резца;

Y - момент инерции прямоугольного сечения державки

(27)



Резец обладает достаточными прочностью и жесткостью, т.к.

(28)

Конструктивные элементы резца:

а) общая длина 250±5 мм

б) радиус закругления вершины головки резца R 0,4 мм

Геометрические параметры резца:

а) передний угол г=5⁰

б) задний угол б=8⁰±1⁰

18. Выбор средств контроля

Контроль -- это процесс где определения соответствия значения параметров изделия соответствуют установленным требованиям или нормам. Сущность всякого контроля состоит в проведении двух основных этапов. На первом этапе получают информацию о фактическом состоянии некоторого объекта, о признаках и показателях его свойств. Эта информация называется первичной. В данном случае применяются все методы и средства измерений с переходом на методы и средства контроля. На втором этапе -- первичная информация сопоставляется с заранее установленными требованиями, нормами, критериями. При этом выявляется соответствие или несоответствие фактических данных требуемым нормам.

При выборе средств измерений в первую очередь должно учитываться допустимое значение погрешности для данного измерения, установленное в соответствующих нормативных документах.

При выборе средств измерения должны также учитываться:

1) допустимые отклонения;

2) методы проведения измерений и способы контроля.

Главным критерием выбора средств измерений является соответствие средств измерения требованиям достоверности измерений, получения настоящих (действительных) значений измеряемых величин с заданной точностью при минимальных временных и материальных затратах.

Для оптимального выбора средств измерений необходимо обладать следующими исходными данными:

1) номинальным значением измеряемой величины;

2) величиной разности между максимальным и минимальным значением измеряемой величины, регламентируемой в нормативной документации;

3) сведениями об условиях проведения измерений.

Если необходимо выбрать измерительную систему, руководствуясь критерием точности, то ее погрешность должна вычисляться как сумма погрешностей всех элементов системы (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей), в соответствии с установленным для каждой системы законом.

Предварительный выбор средств измерений производится в соответствии с критерием точности, а при окончательном выборе средств измерений должны учитываться следующие требования:

1) к рабочей области значений величин, оказывающих влияние на процесс измерения;

2) к габаритам средства измерений;

3) к массе средства измерений;

4) к конструкции средства измерений.

При выборе средств измерений необходимо учитывать предпочтительность стандартизированных средств измерений.

Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений установлены ГОСТ 8.050-73. Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров от 1 до 500 мм, в зависимости от допусков и номинальных размеров изделий регламентированы в ГОСТ 8.051-73.

Таблица 10 - Выбор станочных приспособлений, режущего и вспомогательного инструмента, а также средств контроля

Наименование операции	Выбор станочных приспособлений	Выбор режущего и вспомогательного инструмента	Выбор средств и методов контроля
25 Токарная	Цанговый патрон	Токарная пластина ZCC.CT CNMG120408-DM YBM251; Токарная пластина DNMG 110408-VS HB7135; Сверло ф0,8 твердосплавное122100; Сверло ф6 твердосплавное114450; Резец расточной R105.1023.2.5 HORN; Резец расточной R105.1805.0.1 HORN; Отрезная пластина LCMR160302-300MC.	Штангенциркуль ШЦ-I-1-150-0,01 ГОСТ 166; Индикаторная стойка; Микрометр МК-25 0,01
30 Маркирование	Иглоударная система Sic Marking e8-p122	Игла маркировочная	Визуальный контроль

19. Расчет режимов резания аналитическим методом

При выборе режимов обработки необходимо придерживаться определенного порядка, т.е. при назначении и расчете режима обработки учитывают тип и размеры режущего инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип оборудования и его состояние. Следует помнить, что элементы режимов обработки находятся во взаимной функциональной зависимости, устанавливаемой эмпирическими формулами. При расчете режимов резания сначала устанавливают глубину резания в миллиметрах. Глубину резания назначают по возможности наибольшую, в зависимости от требуемой степени точности и шероховатости обрабатываемой поверхности и технических требований на изготовление детали. После установления глубины резания устанавливается подача станка. Подачу назначают максимально возможную, с учетом погрешности и жесткости технологической системы, мощности привода станка, степени точности и качества обрабатываемой поверхности, по нормативным таблицам и согласовывают с паспортными данными станка. От правильно установленной подачи во многом зависит качество обработки и производительность труда. Для черновых технологических операций назначают максимально допустимую подачу.

После установления глубины резания и подачи определяют скорость резания по эмпирическим формулам с учетом жесткости технологической системы.

При определении режимов резания, сгруппируем схожие операции, которые делаются последовательно одним инструментом.

Операция 25:

Подрезать торец, обточить наружную фаску с одного торца, наружный диаметр предварительно и окончательно.

Скорость резания определяется по формуле:

(29)

где C_V; xv; yv; mv - эмпирические коэффициент и показатели степени.

C_V=437; xv=0,15; yv=0,2; mv=0,2.

Т - период стойкости реж...