Эффективность производства, его технический процесс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от всемерного внедрения методов технико-экономического анализа, обеспечивающего решение технических вопросов и экономическую эффективность технологических и конструкторских разработок.

Современные тенденции развития машиностроительного производства, ориентированного на повышение качества машиностроительной продукции, на широкое применение прогрессивных конструкционных и инструментальных материалов, упрочняющие технологии, на комплексную автоматизацию на основе применения станков с ЧПУ и САПР, требуют подготовки квалифицированных специалистов, обладающих не только глубокими теоретическими знаниями, но и способных практически их использовать в своей производственной деятельности.

В данной курсовой работе рассматриваются методы получения и выбор заготовки, расчёт погрешностей, определяющих точность механической обработки, расчёт припусков, оптимальных режимов резания.

В данной курсовой работе рассматривается деталь «Планка», материал детали - сталь 45. Габаритные размеры: длина 156 мм, высота 54 мм, тип производства - среднесерийное.

Для обеспечения заданных конструктором требований по точности и качеству необходимо разработать экономически обоснованный технологический процесс механической обработки с выбором оборудования, инструмента, технологической оснастки, назначение режимов обработки для соответствующей геометрии режущей части инструмента. При проектировании технологического процесса механической обработки выполняют соответствующие этапы проектирования.

1. Анализ технологичности конструкции детали

Технологичность - это свойство конструкции изделия обеспечивать минимизацию затрат на всех основных стадиях жизненного цикла изделия (проектирование, изготовление, эксплуатация, ремонт, утилизация).

Проведем количественную оценку технологичности детали. Количественная оценка предполагает получение коэффициентов, анализируя которые для двух однотипных деталей, можно сделать вывод, какая из них более технологична.

В качестве основных коэффициентов используют [1 стр. 39]:

1. Коэффициент средней точности:

(1)

(2)

где ni - число размеров или поверхностей для каждого квалитета точности;

Ti -квалитет точности i-ой поверхности.

Для нашей детали:

2. Коэффициенты средней шероховатости:

(3)

(4)

Rai -параметр шероховатости i-ой поверхности, мкм;

ni - число размеров или поверхностей для каждого параметра шероховатости.

Для нашей детали:

Raср = (3,2*6+6,3*7)/(6+7) = 4,9

Кш = 1/4,9 = 0,2

И коэффициент точности и коэффициент шероховатости меньше 1, следовательно, деталь технологична.

2. Определение типа производства

На данном этапе по базовому технологическому процессу, либо по типовому технологическому процессу для данного класса деталей определяют коэффициент закрепления операций и в соответствии с этим делают вывод о типе производства.

Тип производства был задан в соответствии с заданием - мелкосерийный.

3. Расчет массы детали

Рассчитаем массу детали и заготовки.

(5)

где - плотность материала, для стали 7,81 г/см3

Находим объем прямоугольника:

Вычитаем из объема объемы полых фигур кругов и треугольника.

где

Используя формулу (5), получим:

mзаг =mд/ Квт(6)

где Квт - коэффициенты весовой точности для соответствующего способа изготовления заготовки, для поковки свободной ковкой Квт=0,6;

для штамповки на ГКШП Квт=0,85 [1, стр. 57, табл.3.6].

Используя формулу (6), получим: mзаг 1 = 1,73 кг и mзаг 2 = 1,22кг.

4. Выбор и обоснование метода получения заготовки

Метод выполнения заготовок для деталей определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления. Выбрать заготовку - значит установить способ ее получения, назначить припуски на обработку каждой поверхности, рассчитать размеры и указать допуски на точность изготовления.

Окончательное решение можно принять только после экономического комплексного расчета себестоимости заготовки. Метод получения заготовки, обеспечивающий технологичность и минимальную стоимость, считается оптимальным.

Определение метода получения заготовки и его обоснование

Решение задачи максимального приближения геометрических форм и размеров заготовки к размерам и форме готовой детали - одна из главных тенденций в заготовительном производстве. Оптимизация выбора метода и способа получения заготовки позволяет не только снизить затраты на ее изготовление, но и значительно сократить трудоемкость механической обработки.

Наиболее часто применяют для получения заготовок в машиностроении следующие методы: литье, обработка металлов давлением, сварка, а также комбинации этих методов.

В соответствии с типом производства (среднесерийный), материалом (сталь 45) определим как минимум два варианта получения заготовки. В данном случае это будет поковка свободной ковкой и штамповка на ГКШП.

Технико-экономическое обоснование выбора заготовки

Окончательное решение о выборе конкретного способа изготовления заготовки принимается после определения себестоимости получения заготовки для каждого из способов путем сравнения их по значению стоимости.
Себестоимость производства заготовок, без учета затрат на предварительную механическую обработку, определяется по зависимости [1, стр. 61]:

(7),

где Gд -масса детали, кг

Gзаг -масса заготовки, кг

Кто - коэффициент, учитывающий доплаты за термообработку и очистку заготовок, руб/т

Ктч -коэффициент, учитывающий точностные характеристики заготовок

Кс -коэффициент серийности

Sотх -стоимость 1 т отходов

С - базовая стоимость 1 т заготовок, руб/т

Кф -коэффициент, учитывающий инфляцию.

Сравним себестоимость производства заготовки разными способами:

1. Штамповка на ГКШП:

Кто=0; Ктч- не учитывается; Кс=1,5; Sотх=27 руб/т; Кф=5 по [1, стр.62-64]

руб

2. Поковка свободной ковкой:

Кто=0; Ктч- не учитывается; Кс=1; Sотх=27 руб/т; Кф=5 по [1, стр.62-64]

руб

Себестоимость производства заготовки по способу - штамповки на ГКШП - больше, чем по второму способу (поковка свободной ковкой), следовательно, второй способ более выгодным.

5. Технико-экономический анализ и обоснование выбора технологического процесса

Основным направлением сокращения затрат вспомогательного времени является автоматизация производственных процессов. Одним из главных направлений автоматизации является применение станков с ЧПУ. Эффективность применения этих станков выражается в повышенной точности и однородности размеров и формы обрабатываемых заготовок, в повышении производительности обработки, связанной с уменьшением доли вспомогательного времени, в снижении себестоимости обработки, связанной с повышением производительности, в снижении требований к квалификации станочника. Сложные, дорогостоящие в изготовлении и требующие трудоемкой наладки кулачки, упоры, кондукторы в системах ЧПУ не требуются, что значительно удешевляет и ускоряет наладку.

Поэтому станки с ЧПУ являются принципиально новыми средствами автоматизации для мелкосерийного и серийного машиностроения, сочетающими в себе производительность и точность станков-автоматов с гибкостью универсального оборудования.

Для современного этапа развития станков с ЧПУ характерно резкое расширение их функциональных возможностей, повышение уровня автоматизации и все более широкое применение в системах управления мощных вычислительных средств (микро-ЭВМ и микропроцессорной техники). Появилась новая разновидность металлорежущего оборудования - многоцелевые станки.

В многоцелевых станках выражен новый подход к построению технологического процесса. Они обеспечивают различными видами инструмента комплексную обработку деталей без переустановок или при минимальном их числе.

Чтобы перейти от одной технологической операции к другой, приходится каждый раз освобождать деталь, снимать ее со станка и транспортировать на другой станок, где вновь производить установку (базирование), настройку на исходные размеры и закрепление. Каждая переустановка обрабатываемой детали непременно вносит свои погрешности в ее окончательные размеры.

Таким образом, большой выбор выполняемых на одном станке разнородных операций изменяет представление о традиционных технологических группах станков.

6. Выбор технологических баз
На операции сверления и нарезания резьбы в отверстиях заготовку устанавливаем в специальное приспособление с базированием по внутренней цилиндрической поверхности и торцу (опорные штыри и короткий цилиндрический палец - реализуем установочную и двойную опорную базу: 3+2 степени свободы), для токарной операции используем трехкулачковый патрон с базированием по наружной цилиндрической поверхности и торцу, на операции шлифования применяем цанговый патрон.

Разработку маршрутного технологического процесса обработки детали в целом начинают с определения маршрутов обработки ее элементарных поверхностей.

Маршрут обработки устанавливается исходя из требований чертежа и принятой заготовки. По заданному классу точности и шероховатости данной поверхности с учетом размера, массы и формы детали выбирают 1 или несколько методов окончательной обработки.

Для обработки внутренних цилиндрических поверхностей, а именно размеров D2, D3, D4 используем следующий вариант обработки:

D4 и D2 - черновое, предварительное, чистовое растачивание и окончательное шлифование;

D3 - однократное растачивание.

Для обработки поверхностей D1 используем трехкратное точение + шлифование, для поверхности D5 - двукратное точение, D6 - однократное точение.

Составление маршрута обработки заготовок в целом

На данном этапе необходимо разработать общий план обработки заготовки по операциям, выбрать модель оборудования, вид и тип технологической оснастки, а также вид режущего инструмента и материал режущей части инструмента.

Технологический процесс обработки корпуса представлен в таблице

№ операции	Наименование операции	Содержание операции	Модель станка
005	Токарная с ЧПУ	Установить, закрепить, снять деталь по диам. 100 (автоматический 3-х кулачковый патрон) 1. Подрезать торец в размер 62+-0,37 2. Точить начерно наружную цилиндрическую поверхность по контуру начерно, выдерживая размеры диам. 101-0,87; 52+-0,1; диам. 120-0,54; 27+-0,1; диам. 170-1,0 3. Точить наружную ступень получисто, выдерживая размеры диам. 100-0,22; 52+-0,1 4. Расточить внутреннюю цилиндрическую поверхность начерно в размер диам. 48+0,62 5. Точить 4 фаски 1,5х45	Токарный с ЧПУ 16К20Ф3С32
010	Токарная с ЧПУ	Установить, закрепить, снять деталь по диам. 100 (автоматический 3-х кулачковый патрон) 1. Подрезать торец в размер 60+-0,37 2. Подрезать торец по фланцу начерно в размер 45,5+-0,05 3. Точить поверхность диам. 102-0,87 начерно в размер 45,5+-0,05 4. Точить канавку с одновременным чистовым подрезанием торца, выдерживая размеры диам. 95-0,35; 45+-0,05 5. Точить поверхность диам. 101-0,22 предварительно 6. Точить поверхность диам. 100,4-0,054 начисто 7. Расточить внутреннюю цилиндрическую поверхность по контуру начерно, выдерживая размеры диам. 78+0,87; 40+-0,31; диам. 82+0,87; 20+-0,1; диам. 48+0,62 8. Расточить внутреннюю цилиндрическую поверхность по контуру предварительно, выдерживая размеры диам. 79+0,19; диам. 49+0,16 9. Расточить внутреннюю цилиндрическую поверхность по контуру начисто, выдерживая размеры диам. 79,6+0,074; диам. 49,6+0,062 10. Расточить 2 фаски 2х45 11. Точить фаску 1,5х45 по диам. 100	Токарный с ЧПУ 16К20Ф3С32
015	Термическая	Закалка	Печь
020	Торцекругло-шлифовальная	Установить, закрепить, снять деталь (оправка) 1. Шлифовать одновременно наружную цилиндрическую поверхность и торец начисто, выдерживая размеры диам. 100-0,022; 45+-0,05	3Т240
025	Внутришлифовальная	Установить, закрепить, снять деталь (цанговый патрон) 1. Шлифовать внутреннюю цилиндрическую поверхность	3К228А
030	Многоцелевая с ЧПУ	Установить, закрепить, снять деталь (ось детали горизонтальна, базирование по внутренней цилиндрической поверхности и торцу: палец и опорные штыри) 1. Центровать 8 отверстий диам. 3+0,25 по торцу в диам. 84+-0,27 и по фланцу в диам. 140+-2,0 2. Сверлить 4 отверстия диам. 13+0,43 по диам. 140+-2,0 3. Сверлить 4 отверстия диам. 5+0,36 под резьбу М6 на глубину 12 мм по диам. 84+-0,27 4. Зенковать фаску 1х45 в 4-х отверстиях под резьбу М6 5. Нарезать резьбу М6-7Н в 4-х отверстиях 6. Центровать отверстие диам. 5+0,36 под резьбу М8 по диам. 120 7. Сверлить отверстие диам. 6,8+0,36 под резьбу М8 по диам. 120 8. Зенковать фаску 1х45 в отверстии под резьбу М8 по диам. 120 9. Нарезать резьбу М8-7Н	Сверлильно-фрезерно-расточной 6902МФ2
035	Контрольная	Контролировать размеры согласно чертежа	Плита контрольная

7. Разработка систем операций

Станки с ЧПУ сочетают точность специализированных станков и имеют более высокую производительность.

Область применения станков с ЧПУ достаточно широка как по характеру технологических операций, так и по типам производств, для которых они предназначаются.

К основным условиям целесообразности можно отнести следующие:

необходимость построения процесса по принципу концентрации операций, т.е. сосредоточения возможно большего числа однотипных видов обработки на одном рабочем месте;

необходимость уменьшения доли вспомогательного времени, которое затрачивается в рассматриваемой операции на приеме, связанные с изменением режимов резания, переходом с обработки одной поверхности на другую, сменой режущего инструмента и др.;

обработку отверстий сложной геометрической формы, требующих применения нескольких последовательно работающих инструментов.

До появления многоцелевых станков металлорежущие станки создавали применительно к одному из традиционных методов обработки: токарная группа станков - для токарной обработки, фрезерная - для фрезерной и т.д. Поэтому технологический процесс строился таким образом, что определенные технологические операции выполнялись на станках определенной технологической группы.

В связи с применением таких станков значительно сокращается основное и вспомогательное время обработки, т.к. будет производиться комплексная обработка детали без переустановок или при минимальном их числе.

8. Обоснование использования конкретных типов материалов

При обработке Втулка на станках с ЧПУ применяют резцы с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин. Припайка твердосплавных пластин к державке часто вызывает трещины пластин. Трещины возникают в результате дополнительных напряжений, возникающих вследствие неравномерного охлаждения пластин и различного линейного расширения твердого сплава и материала державки инструмента. Температурный коэффициент линейного расширения у твердых сплавов примерно в 2 раза меньше, чем у углеродистой стали. Это обстоятельство приводит к трещинам пластин и способствует их интенсивному выкрашиванию и разрушению во время работы. Наряду с образованием трещин в пластинах дополнительные напряжения вызывают отслаивание пластин, что также снижает качество инструмента. К недостаткам напайных резцов относится и то, что для завивания стальной стружки в спираль малого радиуса и излома ее на мелкие части, необходимо либо делать на передней поверхности специальные лунки и уступы, либо применять специальные стружколоматели.

Ввиду этих недостатков напайных резцов мы применяем резцы с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин. Компактность, надежность в работе, удобство в обслуживании, простота конструкции, долговечность державок и простота их восстановления в случае повреждения или разрушения пластины, удовлетворительный отвод стружки, экономия в расходах на инструмент делает эти резцы применимыми для широкого внедрения. Чтобы повысить режимы резания, т.е. поднять производительность, применяем твердосплавные неперетачиваемые пластины с покрытием. Для чернового фрезерования и точения стали (детали Корпус) применяем твердый сплав Т5К10, а для чистовой обработки - Т15К6. Осевой и резьборезный инструмент изготавливаем из быстрорежущей стали марки Р6М5.

9. Припуски и методы их определения

Поверхность для расчета припуска: диам. 100h6(-0,022)

Припуск - слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали. Припуск на обработку поверхностей детали может быть назначен по справочным таблицам или на основе расчетно-аналитического метода. Расчетным значением припуска является минимальный припуск на обработку, достаточный для устранения на выполняемом переходе погрешностей обработки и дефектов поверхностного слоя, полученных на предшествующем переходе, и компенсации погрешностей, возникающих на выполняемом переходе.

Минимальный припуск при обработке наружных и внутренних цилиндрических поверхностей (двусторонний припуск).

где Rzi-1 - высота неровностей профиля по десяти точкам на предшествующем переходе; hi-1 - глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе (обезуглероженный или отбеленный слой); i-1 - суммарные отклонения расположения поверхности (отклонение от параллельности, перпендикулярности, соосности) на предшествующем переходе; у - погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.

Отклонение расположения необходимо учитывать у заготовок (под первый технологический переход); после черновой и получистовой обработки лезвийным инструментом (под последующий технологический переход); после термической обработки. В связи с закономерным уменьшением величины при обработке поверхности за несколько переходов на стадиях чистовой и отделочной обработки ею пренебрегают.

Величину отклонений кованной заготовки при обработке в патроне определяют по формуле:

где к - общее отклонение оси от прямолинейности; к=2кlк;

здесь lк - размер от сечения, для которого определяется кривизна, до левого наружного торца, равен; к - удельная кривизна в мкм на 1 мм длины.

см - смещение половинок штампа или плоскости пунсона и матрицы (для свободной ковки) по оси заготовки в результате погрешности ковки:

Черновое обтачивание. Величину остаточных пространственных отклонений определяют по уравнению:
r=Кy
где Кy - коэффициент уточнения.
Чистовое обтачивание. Величину остаточных пространственных отклонений рассчитывают по уравнению:
r=Кy
где Кy - коэффициент уточнения.
Определим минимальные значения припусков по приведенной выше формуле.
Предварительно определив, заносим минимальные значения припусков в таблицу и определяем расчетные размеры, для этого прибавляем 2Zmin последнего перехода к наименьшему предельному размеру детали по чертежу и получаем расчетный размер предыдущего перехода.
Определяем наибольшие размеры для каждого технологического перехода путем прибавления к минимальному размеру допуска на переход.
Предельные значения припусков 2Zmax определяем как разность наибольших предельных размеров, а 2Zmin как разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов.
На основе расчета промежуточных припусков определяем предельные размеры заготовки и межоперационные размеры по всем технологическим переходам. Промежуточные расчетные размеры устанавливаем в порядке, обратном ходу технологического процесса обработки этой поверхности, т.е. от размера готовой детали к размеру заготовки путем последовательного прибавления (для наружных поверхностей) к исходному размеру готовой детали промежуточных припусков или путем последовательного вычитания (для внутренних поверхностей) от исходного размера готовой детали промежуточных припусков. Наименьшие (наибольшие) предельные размеры по всем технологическим переходам определяем, округляя их увеличением (уменьшением) расчетных размеров. Округление производим до того знака десятичной дроби, с каким дан допуск на размер для каждого перехода.
Предельные значения припусков Zmax определяем как разность наибольших (наименьших) предельных размеров и Zmin как разность наименьших (наибольших) предельных размеров предшествующего и выполняемого (выполняемого и предшествующего) переходов.
Общие припуски и определяем как сумму промежуточных припусков на обработку:
Zо max=Zi max,
Zо min=Zi min.
Правильность расчетов определяем по уравнениям:
где - допуски на заготовку; - допуски на деталь.
Выбираем составляющие минимального припуска для заготовки [1, стр 186]:
заготовка (штамповка)
шероховатость поверхности по десяти точкам Rz =250 мкм
глубина дефектного слоя h = 250 мкм
кривизна заготовки ДУ = 803 мкм
черновое точение (IT14)
шероховатость поверхности по десяти точкам Rz =500 мкм
глубина дефектного слоя h = 50 мкм
кривизна заготовки ДУ = 49 мкм
предварительное точение (IT12)
шероховатость поверхности по десяти точкам Rz =25 мкм
глубина дефектного слоя h = 25 мкм
кривизна заготовки ДУ = 3 мкм
чистовое точение (IT9)
шероховатость поверхности по десяти точкам Rz =20 мкм
глубина дефектного слоя h = 20 мкм
кривизна заготовки ДУ = 1 мкм
чистовое шлифование (IT6)
шероховатость поверхности по десяти точкам Rz =10 мкм
глубина дефектного слоя h = 10 мкм
кривизна заготовки ДУ = 0 мм
Погрешность установки заготовки на операциях [1, стр 42]:
на токарной операции е = 25 мкм
на шлифовальной операции е =15 мкм
Определяем расчетные значения минимального припуска:
Для чернового точения 2Z min = 2,607 мм
Для чистового точения 2Z min = 0,298 мм
Для тонкого точения 2Z min = 0,106 мм
Для предварительного шлифования 2Z min = 0,111 мм
Определяем расчетное значение минимальных диаметров:
Для тонкого точения dmini-1 = dmini + 2Zmini = 100,089 мм
Для чистового точения dmini-1 = dmini + 2Zmini = 100,195 мм
Для чернового точения dmini-1 = dmini + 2Zmini = 100,493 мм
Для заготовки dmini-1 = dmini + 2Zmini =103,1 мм
Определяем максимальные значения межоперационных размеров:
Для тонкого точения d max = d min + Td = 100,176 мм
Для чистового точения d max = d min + Td = 100,55 мм
Для чернового точения d max = d min + Td = 101,37 мм
Для заготовки d max = d min + Td = 105,3 мм
Технологический маршрут обработки элементарной поверхности
Rz
мкм.
h
мкм.
ДУ
мкм.
е
мм.
Расч. припуск, 2Z min
мм.
Dmin
мм.
ДопускTd
мм
d max
мм.
d min
мм.
2Z max
мкм.
2Z min
мкм.
заготовка (паковка)
250
250
803
103,1
2,2
105,3
103,1
черновое точение (IT14)
50
50
49
25
2,607
100,493
0,87
101,37
100,5
3,93
2,6
предварительное точение (IT12)
25
25
3
0
0,298
100,195
0,35
100,55
100,2
0,82
0,3
чистовое точение (IT9)
20
20
1
0
0,106
100,089
0,087
100,176
100,089
0,374
0,111
чистовое шлифование (IT6)
10
10
0
15
0,111
99,978
0,022
100
99,978
0,176
0,111
Проверка
Tdзаг-Tdдет
2,178
Zomax-Zomin
2,178
10. Оценка погрешности при проведении обработки
Суммарную погрешность будем определять на размер диам. 100-0,054
Все погрешности, определяющие точность обработки деталей машин на металлорежущих станках, могут быть разделены на три категории:
1) погрешности установки заготовок - y;
2) погрешности настройки станка - н;
3) погрешности на стадии процесса обработки, которые вызываются:
а) размерным износом режущих инструментов - и;
б) упругими деформациями технологической системы под влиянием силы резания - у;
в) геометрическими неточностями станка ст;
г) температурными деформациями технологической системы т.
При обработке на станках с ЧПУ дополнительно возникают погрешности позиционирования элементов системы и отработки программ управления.
Расчет точности необходим в основном для операций чистовой обработки, выполняемых с допуском по 6-му - 11-му квалитетам.
Суммарные погрешности обработки деталей на настроенных станках определяют по уравнениям:
- для диаметральных размеров
;
Расчет погрешности диаметральных размеров при однорезцовом точении может быть выполнен по методике, изложенной в [22].
После определения суммарной погрешности проверяется возможность обработки без брака:
где - допуск на операционный размер.
В случае несоблюдения этого условия необходимо предложить конкретные мероприятия по снижению .
1. Определим величину погрешности и (на радиус), вызванную размерным износом резца:
где: L - длина пути резания при обработке партии N деталей, определяемая как:
L = *D*l/So = (3,14*100,4*15/0,09)*5 = 262713,3333 мм (263 м)
Дополнительный путь резания L0=500 м соответствует начальному износу вершины резца в период приработки.
Для сплава T30K4 относительный износ и0=4 мкм/км.
((263+500)/1000)*4 = 3,052 мкм;
2. Определим колебание отжатий системы у вследствие изменения силы Py из-за непостоянных глубины резания и податливости системы при обработке.
y=Wmax(Py max - Py min)
где Wmax - наибольшая и наименьшая податливость системы, мкм/кН;
Pymax, Pymin наибольшее и наименьшее значения составляющей силы резания, совпадающей с направлением выдерживаемого размера, кН.
Для станка 16К20Ф3С32 повышенной точности наибольшее и наименьшее допустимое перемещение продольного суппорта под нагрузкой 5,5 кН составляет соответственно 150 мкм. При установке заготовки консольно в патроне минимальную податливость системы не определяют из-за малого свеса заготовки, поэтому максимальная податливость будет возможна при положении резца в конце обработки, т.е. у передней бабки станка. Исходя из этого, можно принять Wmax=150/5,5=27,273 мкм/кН.
Заготовку, установленную на станке можно представить как балку на двух опорах, нагруженную сосредоточенной силой, а наибольший прогиб в середине вала
где lд - длина заготовки,
E - модуль упругости материала,
J=0,05dпр4 - момент инерции поперечного сечения вала;
dпр - приведенный диаметр заготовки, для гладких валов dпр=dвала; для ступенчатых валов с симметричным уменьшением диаметров ступеней
= 150 мм
Имея в виду, что W=y/Py, после соответствующих преобразований получим. При установке заготовки в центрах величина наибольшей податливости заготовки:
= (2/150)*((60/150)*(60/150)*(60/150)) =
= 0,001 мкм.
Тогда максимальная податливость технологической системы:
Wmax =27,273+0,001=27,274 мкм/кН.
Наибольшее Pymax и наименьшее Pymin нормальные составляющие усилия резания определяются согласно формуле:
Py =10CptxsyvnKp ,
где: постоянная Cp =243, показатели степеней x=0,9 y=0,6 n= -0,3; поправочный коэффициент Kp =KмpKpKpKpKrp =1.
На предшествующей операции (предварительном точении) заготовка обработана с допуском по IT10, т.е. возможно колебание припуска на величину 1/2*(IT10+IT8), что для диаметра 100,4 мм составит 0,5*(0,14+0,054) = 0,097 мм, а колебание глубины резания составит:
tmin= Zmin=0,3 мм ;
tmax=Zmin+0,097=0,3+0,097=0,397 мм;
Py max= 2,430,60,90,090,6191-0,31= 0,099 кН;
Py min= 2,430,20,90,090,6191-0,31= 0,053 кН.
Колебание обрабатываемого размера вследствие упругих деформаций:
y=Wmax(Py max-Py min )= 27,274*(0,099-0,053) = 1,255 мкм
3. Определим погрешность, вызванную геометрическими неточностями станка ст.
где С - допустимое отклонение от параллельности оси шпинделя направляющим станины в плоскости выдерживаемого размера на длине L;
l - длина обрабатываемой поверхности.
Для токарных станков повышенной точности при наибольшем диаметре обрабатываемой поверхности до 400 мм С = 8 мкм на длине L = 300 мм.
При длине обработки l =15 мм:
= (8/300)*15 = 0,4 мкм.
4. В предположении, что настройка резца на выполняемый размер производится с учетом дискретного перемещения инструмента шаговым двигателем, то примем метод регулирования положения вершины резца с контролем положения резца с помощью стрелочного индикатора с ценой деления 0,01 мм, определим погрешность настройки в соответствии с формулой:
,
где р - погрешность регулирования положения резца;
изм - погрешность измерения размера детали;
кр=1,73 и ки=1,0 - коэффициенты, учитывающие отклонения величин р и изм от нормального закона распределения.
Для заданных условий обработки:
р=10 мкм и изм=13 мкм при измерении IT8 мм. Тогда погрешность настройки
= 18,48 мкм.
5. Определим температурные деформации технологической системы, приняв их равными 15 % от суммы остальных погрешностей:
= 0,15*(3,052+1,255+0,4+18,48) =
= 3,478 мкм
6. Определим суммарную погрешность обработки:
= 38,9953 мкм.
не превышает заданную величину допуска (Td=54 мкм), поэтому возможна обработка без брака.
11. Общая оценка детали
Размерная цепь - это замкнутый контур, образованный тремя или более размерами, непосредственно участвующими в решении задачи обеспечения точности замыкающего звена.
Технологические размеры цепи рассчитываются чаще всего методом полной взаимозаменяемости.
В размерной цепи замыкающим звеном является технологические требования на обеспечение работоспособности узла. Чаще всего замыкающим звеном в технологической размерной цепи является то, которое получается как результат выполнения всех остальных.
Схематическое представление технологического процесса обработки детали:
Совмещенный граф:
Первая размерная цепь:
S4 = Р6
S4 = 140-0,25
Вторая размерная цепь:
S5 = S4 - Р1 = 140 - 110 = 30
TS5 = TР1 - TS4 = {Ужесточаем допуск на размер S4 = 140-0,084} = 0.21 - 0,084 = 0,126, S5 = 110±0.063
Третья размерная цепь:
S3min = Р1max + Р2max +Z1min = 110,21 + 5,21 + 0.4 = 115,82
S3max = S3min + TS3 = 15,82+1 = 16,82, S3 = 16
Z1 = 1
Четвертая размерная цепь:
S1 = Z1 + Р6 = 1 + 40 = 41
TS1 = TZ1 - TP6 = 0.84 - 0,25 = 0,59, S1 = 141±0.295
Пятая размерная цепь:
S2 = S1 - Р3 = 41- 10 = 31
TS2 = TP3 - TS1 = {Ужесточаем допуск на размер S1: S1 = 41±0.05} = 0.13 - 0,1 = 0,03, S2 = 31±0.015
Шестая размерная цепь:
B1min = Z4min + S1max = 41.05 + 0.4 = 41.45
B1max = B1min + TB1 = 41.45+1.6 = 43.05, B1 = 143
Z4 = 1
Седьмая размерная цепь:
B2max = S3min - Z2min -P2max = 16.82 - 0.4 - 5 = 11.42
B2min = B2max - TB2 = 11.42-0.84 = 10.58, B2 = 111±0.42
Z2 = 1
Восьмая размерная цепь:
B3max = B1min - S3max -Z3min = 43.45 - 17.82 - 0.4 = 25.23
B3min = B3max - TB3 = 25.23-1.4 = 23.83, B3 = 124
Z3 = 2
12. Составление основных режимов работы
Методика назначения режимов резания для различных методов обработки подробно изложена в справочной литературе [2]. При этом наиболее выгодным считаются такие режимы резания, которые обеспечивают наименьшую себестоимость механической обработки при удовлетворении всех требований к качеству продукции и производительности обработки.
В общем случае необходимо соблюдать определенную последовательность назначения режимов резания t S V n, которая включает:
1) выбор глубины резания t (мм) по условию удаления припуска под обработку за 1 рабочий ход, по зависимости от требования точности и шероховатости, предъявляемых к обрабатываемой поверхности;
2) подачу при черновой обработке выбирают максимально возможную с учетом следующих ограничений: прочность механизмов привода и подачи станка; прочность инструмента и заготовки; жесткости и прочности технологической системы. Мощность станка не ограничивает подачу, при недостатке мощности в большинстве случаев следует снижать не подачу, а скорость;
3) определение скорости резания V (м/мин), с учетом возможных t, S, свойств обрабатываемого материала и режущего, геометрии и стойкости инструмента;
4) определение частоты вращения n (мин-1) по формуле:
Точить наружную ступень получисто, выдерживая размеры диам. 100-0,22; 52+-0,1
Расчет режимов резания для наружного продольного точения
Исходные данные для расчетов:
- материал обрабатываемой заготовки -сталь
- предел прочности обрабатываемого материала - sв =550, МПа.
- материал режущей части инструмента - твердый сплав
- обрабатываемый диаметр, D =100 мм
- длина обработки, L = 10 мм
Выбираем глубину резания в зависимости от стадии обработки поверхности (черновая, предварительная, чистовая), t =0,5 мм [1, стр. 266]
Выбираем рабочую подачу в зависимости от глубины резания и достигаемой шероховатости поверхности, S =0,12 мм/об [1, стр. 267]
Рассчитываем скорость резания по зависимости [1, стр. 265]:
где Сv, m, x, y - коэффициенты, учитывающие вид обработки [1, стр. 269]:
Сv = 420
m = 0.2
x = 0.15
y = 0.2
Т - значение стойкости инструмента, для одноинструментальной обработки Т = 30 … 60 мин, принимаем
Т =45 мин.
kv - коэффициент, учитывающий конкретные условия обработки [1];
kv=0,502062545454546
Коэффициент kv определяется по зависимости:
kv = kmv*kpv*kiv*kfv*kf1v*kr,
где kmv - коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки определяется по зависимости [1, стр. 261]:
kmv = kg*(750/sв)nv, здесь
kpv - коэффициент, учитывающий состояние обрабатываемой поверхности [1, стр. 263]
kpv =0.8
kiv - коэффициент, учитывающий материал инструмента [1, стр. 263]:
kiv =0.85
kшv - коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане [1, стр. 271],
kшv = 0.8
k1v - коэффициент, учитывающий влияние вспомогательного угла в плане [1, стр. 271],
k1v = 0.8
kr - коэффициент, учитывающий влияние радиуса при вершине инструмента [1, стр. 271],
kr = 0.94
Частота вращения шпинделя рассчитывается по формуле
n = (1000*V)/(3,14*D)
расчетное значение n корректируем в соответствии с рядом частот вращения шпинделя станка, n =540 об/мин
Фактическая скорость резания V =167 м/мин
Определяем основное время обработки То по зависимости:
То = L/(n*S)
To=0,24 мин
Таблица с режимами для обработки
t, мм
S, мм/об
V, м/мин
n, об/мин
Tо, мин
0,5
0,12
167
540
0,24
Точить канавку с одновременным чистовым подрезанием торца, выдерживая размеры диам. 95-0,35; 45+-0,05
Исходные данные для расчетов:
- материал обрабатываемой заготовки -сталь
- предел прочности обрабатываемого материала - sв =550, МПа.
- материал режущей части инструмента - твердый сплав
- обрабатываемый диаметр, D =95 мм
- длина обработки, L = 37 мм
Выбираем глубину резания в зависимости от стадии обработки поверхности (черновая, предварительная, чистовая), t =5 мм [1, стр. 266]
Выбираем рабочую подачу в зависимости от глубины резания и достигаемой шероховатости поверхности, S =0,2 мм/об [1, стр. 267]
Рассчитываем скорость резания по зависимости [1, стр. 265]:
где Сv, m, x, y - коэффициенты, учитывающие вид обработки [1, стр. 269]:
Сv = 420
m = 0.2
x = 0.15
y = 0.2
Т - значение стойкости инструмента, для одноинструментальной обработки Т = 30 … 60 мин, принимаем
Т =45 мин.
kv - коэффициент, учитывающий конкретные условия обработки [1];
kv=0,502062545454546
Коэффициент kv определяется по зависимости:
kv = kmv*kpv*kiv*kfv*kf1v*kr,
где kmv - коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки определяется по зависимости [1, стр. 261]:
kmv = kg*(750/sв)nv, здесь
kpv - коэффициент, учитывающий состояние обрабатываемой поверхности [1, стр. 263]
kpv =0.8
kiv - коэффициент, учитывающий материал инструмента [1, стр. 263]:
kiv =0.85
kшv - коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане [1, стр. 271],
kшv = 0.8
k1v - коэффициент, учитывающий влияние вспомогательного угла в плане [1, стр. 271],
k1v = 0.8
kr - коэффициент, учитывающий влияние радиуса при вершине инструмента [1, стр. 271],
kr = 0.94
Частота вращения шпинделя рассчитывается по формуле
n = (1000*V)/(3,14*D)
расчетное значение n корректируем в соответствии с рядом частот вращения шпинделя станка, n =360 об/мин
Фактическая скорость резания V =107 м/мин
Определяем основное время обработки То по зависимости:
То = L/(n*S)
To=0,59 мин
Таблица с режимами для обработки
t, мм
S, мм/об
V, м/мин
n, об/мин
Tо, мин
5
0,2
107
360
0,59
Вычисленные режимы резания представлены на маршрутно-операционных картах.
Для операций точения применяем токарный контурный резец с механическим креплением трехгранных пластин из твердого сплава (Т15К6) [3, табл.26, стр.130]. Для растачивания используем токарный расточной резец с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин клином (ГОСТ 18881-73) [3, стр.129, табл.24].
13. Оценка нормативного времени и затрат труда
Определим нормы времени на Токарную операцию с ЧПУ 010.
В серийном производстве определяется норма штучно-калькуляционного времени:
Где
Тп.з.- подготовительно-заключительное время, мин;
n- количество деталей в партии запуска (в нашем случае 40, см расчет выше), шт;
Тшт.- норма штучного времени, мин.
Тшт.=То+Тус+Тзо+Туп+ Тизм+Тоб.ст
где:
То- основное время, мин;
Т ус - время на установку/снятие детали, мин;
Туп- время на приемы управления, мин;
Т зо -время на закрепление и открепление детали;
Т об.ст - общее время на обслуживание рабочего места и отдыха
Тоб.ст.=Топ*(nоб.ст./100%) ,где Топ - оперативное время.
Топ. = То +Тв
nоб.ст. -затраты времени на обслуживание рабочего места, %;
Время работы станка по программе управления (время цикла обработки) tп.у. равно неполному оперативному времени работы станка: tп.у.=tо+tм.в.=tоп.н.
Элементы штучного времени определяются так же, как и для случаев обработки на станке с ручным управлением.
Определяем основное время по переходам:
Основное время на всю операцию:
То = 0,34+0,67+0,18+0,59+0,27+0,37+0,73+0,45+0,6+0,18+0,17 = 4,55 мин
Определяем вспомогательное время:
Так как способы установки и закрепления заготовок при обработке на станках с ЧПУ принципиально не отличаются от способов, применяемых на станках с ручным управлением, то tв.у. определяют по имеющимся нормативам для станков с ручным управлением (для приспособления открытого типа с винтовыми зажимными механизмами):
tв.у. = 0,65 мин [1, с.54]
Машинное вспомогательное время tм.в. включает комплекс приемов, связанных с позиционированием (для операции 010 обработка ведется за один установ), ускоренным перемещением рабочих органов станка, подводом инструмента вдоль оси в зону обработки и последующим отводом, автоматической сменой режущего инструмента из инструментального магазина (в операции 010 используется 8 инструментов - время смены инструмента 0,8 мин):
Тв = 0,65+(8*0,8) = 7,05 мин [1, табл.12, с.607]
Определяем время обслуживания рабочего места и время на личные надобности:
В состав по организационному обслуживанию рабочего места включены: осмотр, нагрев системы ЧПУ и гидросистемы, опробование оборудования, получение инструмента от мастера в течение смены, смазывание и очистка станка в течение смены, предъявление контролеру ОТК пробной детали, уборка станка и рабочего места по окончанию работы.
К техническому обслуживанию рабочего места относятся: смена затупившегося инструмента, коррекция инструмента на заданные размеры, регулирование и подналадка станка в течение смены, удаление стружки из зоны резания в процессе работы.
На обслуживание рабочего места и личные надобности отводится от 8 до 25% от оперативного времени tоп.
tоп=tо+tв
Штучно-калькуляционное время определяется:
Тшт.к.=Тшт+Тп.з./n мин
Тп.з.- подготовительно-заключительное время на партию, мин;
n- размер партии деталей, запускаемых в производство, шт;
Подготовительно-заключительное время Тп.з. при обработке на станках с ЧПУ состоит из затрат времени (приемов) Тп.з.1, из затрат Тп.з.2, учитывающих дополнительные работы, и времени Тп.з.3 на пробную обработку детали.
Тп.з.=Тп.з.1+Тп.з.2+Тп.з.3 [1, с.604]
В соответствии с руководящим материалом Оргстанкинпрома принята единая норма Тп.з1=12 мин для всех станков с ЧПУ.
Тп.з.2=15 мин [1, табл.12 с.607]
Тп.з.3=8 мин [1, табл.15 с.617]
Тп.з.=12+15+8=35 мин
Тшт.к = (4,55+7,05)*1,15+35/40 = 14,215 мин
Нормы времени на другие операции определяем аналогично и заносим в соответствующие графы операционных карт технологической документации.
14. Оценка общей себестоимости детали
Используя результаты расчета штучно - калькуляционного времени Тшт.к. на токарную операцию с ЧПУ, рассчитываем технологическую себестоимость выполнения операции Соп. по зависимости:
Cоп = Зо + Зв.р + Ао + Ат.о + Pо + И + Ло + Пл + Пр.
Cоп = 19,82 руб
Заработная плата станочника с учетом всех видов доплат и начислений
Зо=Кц1Но.чtшт.кКм/60 = (2*1,54*14,215*1)/60 = 0,73 руб
Амортизационные отчисления от стоимости оборудования
= (10*1,22*5540*14,215)/(100*60*4015) = 0,04 руб
Амортизационные отчисления от стоимости технологического оснащения, приходящиеся на одну деталь при расчетном сроке службы оснастки 2 года, определяются как
Ат.о=Кц2 Фт.о/(2Nг) = (10*560)/(2*150) = 18,67 руб
Затраты на ремонт и обслуживание оборудования
=
5*(30,8*14+8,2*26)*14,215/60*4015*1 = 0,19 руб
Затраты на режущий инструмент, отнесенные к 1 детали,
= (1,4*5*1,7*14,215*0,32)/900 = 0,06 руб
Затраты на технологическую электроэнергию
Л=Кц 5ЦэNэз.оtшт.к/60 = (20*0,012*10*0,21*14,215)/60 = 0,119 руб
Затраты на содержание и амортизацию производственных площадей
Пл=Кц6НпПуКс.уtшт.к/(60 Fд) = (5*10*5,75*1*14,215)/(60*4015) = 0,017 руб
Исходные данные к расчёту
Данные
Модель станка
Штучно-калькуляционное время tшт.к, мин
Разряд станочника
Разряд наладчика
Количество станков, обслуживаемых в смену:
станочником, шт.
наладчиком, шт.
16К20Ф3С32
15,9
3
5
2
7
16К20Ф3С32
Оптовая цена станка Ц, руб. 65400
Масса станка, кг 4000
Размеры станка в плане, мм3360х1710
Площадь станка в плане, м2 5,75
Установленная мощность
электродвигателей Nэ, кВт10,0
Категория ремонтной сложности:
- механической части, Кмех.14
- электрической части Кэл.26
Модель станка
Ф
Фт.о.
Км
Ко.н.
Кмех.
Кэл.
Фи
Тсл.ч.
Nг.
16К20Ф3С32
5540
560
1,0
14,0
14,0
26,0
1,7
900
150
Заключение
Курсовая работа является важной составляющей процесса подготовки квалифицированных кадров специалистов производства. В процессе курсового проектирования были закреплены, углублены и обобщены знания, полученные на лекционных и практических занятиях, что поможет решить комплексную задачу по базовой специальности.
Эффективность применения станков с ЧПУ выражается в повышенной точности и однородности размеров и формы обрабатываемых заготовок, в повышении производительности обработки. Станки с ЧПУ являются принципиально новыми средствами автоматизации для мелкосерийного и серийного машиностроения, сочетающими в себе производительность и точность станков-автоматов с гибкостью универсального оборудования.
Список используемой литературы
1. Справочник технолога-машиностроителя / Под ред. А.Г.Косиловой, Р.К.Мещерякова. - М.:Машиностроение,1985.Т.1.-656 с.
2. Справочник технолога-машиностроителя / Под ред. А.Г.Косиловой, Р.К.Мещерякова. - М.:Машиностроение,1985.Т.2.-496 с.
3. Курсовое проектирование по технологии машиностроения / Под ред. А.Ф.Горбацевича. - Минск:Высш.шк.,1983.-256 с.
4. А.Ф. Чистопьян, Е.Н. Фролов. Проектирование и производство заготовок. Разработка чертежа и технологии изготовления отливок и поковок: Метод. указания. - Брянск: БИТМ,1991.-24 с.
5. Технологичность деталей машин: Методические указания. - Брянск: БИТМ,1990.- 7 с.
6. Станочное оборудование автоматизированного производства /Под ред. В.В.Бушуева.- М.: Издательство “СТАНКИН”, 1993.Т.1.- 582 с.
7. Общемашиностроительные нормативы режимов резания.- М: Машиностроение, 1991.Т.1.- 635 с.
8. Общемашиностроительные нормативы режимов резания.- М: Машиностроение, 1991.Т.2.- 302 с.
9. Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного, на обслуживание рабочего места и подготовительно-заключительного для технического нормирования станочных работ. Серийное производство.- М: Машиностроение, 1974.- 422 с.
10. Общемашиностроительные нормативы режимов резания.- М: НИИМАШ, 1983.- 174 с.
11. В.С.Корсаков Основы конструирования приспособлений, -М.: Машиностроение,1983.- 277 с.
12. Оснастка для станков с ЧПУ: Справочник - М.: Машиностроение, 1983.- 203 с.
13. Ю.И.Кузнецов, А.Р.Маслов, А.Н.Байков Оснастка для станков с ЧПУ: Справочник.- 2-е изд.,перераб. и доп.- М.: Машиностроение,1990.- 512с.
14. В.Б.Ильицкий Проектирование технологической оснастки: Учеб.пособие.- Брянск: БИТМ,1993.- 100 с.