Разработка маршрута механической обработки детали с выбором баз

Выбор правильного базирования детали на станках – ответственный этап при проектировании технологического процесса обработки детали.

Базами являются поверхности, линии, точки и их совокупности, служащие для ориентации детали на станках, для расположения детали в узле, для измерения детали. Различают технологические и конструктивные базы. Технологические базы разделяются на установочные и измерительные.

Установочные базы – поверхности детали, служащие для установки детали на станке и ориентирующие ее относительно режущего инструмента. Установочными базами могут быть различные поверхности заготовок (наружные и внутренние цилиндрические поверхности, центровые гнезда, плоскости, поверхности зубчатых колес).

Основные установочные базы – это поверхности, которые ориентируют заготовку на станке и положение детали в узле относительно других деталей.

Вспомогательные установочные базы – это поверхности, которые используют только для установки детали на станке; они не имеют особого значения для работы детали в узле.

Конструктивная база – совокупность поверхностей, линий, точек от которых заданы размеры и положение деталей при разработке конструкции. Конструктивные базы могут быть реальными (материальная поверхность) или геометрическими (осевые линии, точки).

Выбирая базирующие поверхности, нужно предусмотреть, чтобы заготовки при зажиме не деформировались, а также учесть удобство и простоту обслуживания применяемых в процессе обработки приспособлений.

Для данной детали выбраны центровая и торцевые поверхности.

При составлении технологического маршрута механической обработки детали «колесо зубчатое», руководствовались следующими правилами:

1 в первую очередь, обработать поверхность, которая будет базой при дальнейшей обработке;

2 обрабатывать наибольшее количество поверхностей за одну установку;

3 первоначально обрабатывать поверхности с наибольшим припуском;

4 в последнюю очередь, обрабатывать те поверхности, где необходимо произвести отделочные виды обработки.

Операция 010 − фрезерная, деталь базируем по наружной цилиндрической поверхности, в тисках. При этом фрезеруем торцовые поверхности с двух сторон последовательно с переустановкой. Обеспечиваем при этом размер .

Операция 015 – сверлильная. Сверлим, зенкеруем и разворачиваем отверстие, выдержав размер Ø25^+0,021.

Операция 020 – сверлильная. Зенкуем фаски с двух сторон переустановкой, последовательно.

Операция 025 – протяжная. Станок горизонтально протяжной 7Б56. Протягиваем шпоночный паз. выдержав размеры Ø28^+0,2; Ø48^+0,17. Режущий инструмент: протяжка шпоночная Р6М5 ГОСТ 19265-74. Мерительный инструмент – шпоночный калибр.

Операция 030 – Токарная. Точим наружную цилиндрическую поверхность. Деталь базируем по отверстию, устанавливаем на оправку.

Операция 035 – зубофрезерование. Станок зубофрезерный модели 5К63. Деталь базируем по внутреннему отверстию, на оправке с упором от проворота на шпоночный паз. Детали обрабатываем набором, в количестве пяти штук. Фрезеровуем зубья m=2; z=21; Режущий инструмент: фреза червячная ГОСТ 8027-86;Мерительный инструмент: колесо измерительное; Прибор: МЦ-400Б

Операция 040 – зубозакругляющая. Закруглить зубья m=2; Z=21 в размер радиус R5^+0,75. Станок –зубозакругляющий. Режущий инструмент: Фреза пальцевая Ø13.

045 Термообработка НRC 45….50

050 Зубошлифовальная. Шлифовать зубья m=2; Z=21. Станок: зубошлифовальный 5В832. Режущий инструмент: шлифовальный круг. Мерительное приспособление: приспособление для контроля измерения межцентрового расстояния МЦ-400Б.

055 Контрольная.

Расчёт припусков

Операционные припуски являются исходными данными для расчёта режимов резания. Расчёт припусков на обработку заготовок производится двумя методами: аналитическим и табличным.

Аналитический способ

Заготовка должна гарантировать минимальную трудоёмкость и себестоимость изготовления детали при заданной программе выпуска. Форма, размеры и точность заготовки должны максимально приближаться к форме, размерам и точности готовой детали. На выбор метода и способа получения заготовки влияют: материал детали, конфигурация, размеры и вес, программа выпуска и др.

При выборе материала следует иметь в виду, что сопротивление деформированию сталей и их пластичность, обеспечивающая получение готовой детали из заданной заготовки при минимальных затратах, определяется главным образом процентным содержанием углерода.

Высоколегированная и жаропрочная сталь и сплавы обладают худшей деформируемостью по сравнению с инструментальной сталью, большим упрочнением при высоких температурах, резко выраженной гетерогенностью структуры, высоким сопротивлением деформированию, низкой прочностью межкристаллических связей при высоких температурах, необходимостью особых условий нагрева. Хорошей технологичностью обладают детали, изготовленные из углеродистых и конструкционных легированных сталей.

В современном производстве одним из основных направлений развития технологии механической обработки является использование черновых заготовок с экономичными конструктивными формами, обеспечивающими возможность применения наиболее оптимальных способов обработки, т.е. обработки с наибольшей производительностью и наименьшими отходами. Это направление требует непрерывного повышения точности заготовок и приближения их конструктивных форм и размеров к готовым деталям, что позволяет соответственно сократить объём обработки резанием, ограничивая её в ряде случаев чистовыми, отделочными операциями.

Припуск представляет собой излишек материала, необходимый для получения окончательных размеров и заданного класса чистоты поверхностей деталей, снимается на станках режущими инструментами. Поверхности деталей, не подвергающиеся обработке, припусков не имеют.

Разность размеров заготовок и окончательно обработанной детали определяет величину припуска, то есть слоя, который должен быть снят при механической обработке.

Припуски разделяют на общие и межоперационные. Под общим понимают припуск, снимаемый в течение всего процесса обработки данной поверхности – от размера заготовки до окончательного размера готовой детали. Межоперационным называют припуск, который удаляют при выполнении отдельной операции. Величина припуска обычно дается «на сторону», то есть указывается толщина слоя, снимаемого на данной поверхности. Иногда для цилиндрических деталей припуск дается «на диаметр», то есть указывают двойную толщину снимаемого слоя, что должно быть оговорено.

Припуски могут быть симметричные и асимметричные, то есть расположенные по отношению к оси заготовки симметрично и асимметрично. Симметричные припуски могут быть у наружных и внутренних поверхностей тел вращения; они могут быть также у противолежащих плоских поверхностей, обрабатываемых параллельно, одновременно.

Припуск должен иметь размеры, обеспечивающие выполнение необходимой для данной детали механической обработки при удовлетворении установленных требований в отношении чистоты и качества поверхности металла и точности размеров деталей при наименьшем расходе материала и наименьшей себестоимости детали. Такой припуск является оптимальным. Установление оптимальных припусков на обработку является весьма важным технико-экономическим вопросом.

Чрезмерные припуски вызывают излишние затраты на изготовление детали и тем самым увеличивают ее себестоимость, слагающуюся из трех основных элементов: затрат на материал, основной заработной платы производственных рабочих и накладных расходов.

При увеличении припуска на обработку вес (масса) заготовки возрастает; материала требуется больше и, значит, себестоимость заготовки и готовой детали повышается.

С другой стороны, слишком малые припуски не дают возможности выполнить необходимую механическую обработку с желаемой точностью и чистотой, в результате чего получается брак, что также удорожает изделие.

Таким образом, необходимо стремиться к назначению оптимальных припусков, обеспечивающих выполнение механической обработки с удовлетворением требований к точности и чистоте обрабатываемых поверхностей при наименьшей себестоимости детали; при оптимальных припусках уменьшаются расход металла, затраты времени на обработку и увеличивается производительность оборудования.

Расчет припусков и их определение по таблицам могут производиться только после выбора оптимального для данных условий технологического маршрута и способа получения заготовки.

Рассчитываем припуск на наружную поверхность колеса зубчатого т.е размер мм. На остальные обрабатываемые поверхности назначаем припуски и допуски по таблицам ГОСТ 7505-74.

Заготовка – поковка. Масса заготовки 1,38 кг.

Технологический маршрут обработки состоит из чернового и чистового точения. Обработка производится с установкой детали на оправку.

Записываем технологический маршрут обработки в расчётную таблицу 3. В таблицу также записываем соответствующие заготовке и каждому технологическому переходу значения элементов припуска.

Суммарное отклонение

Припуск на обработку наружной поверхности вращения:

- шероховатость поверхности на предшествующем переходе, мкм;

- глубина дефектного поверхностного слоя, мкм;

- суммарное значение пространственных отклонений

для элементарных поверхностей, мкм;

- погрешность установки заготовки при выполняемом переходе, мкм;

Так как в нашем случае обработка ведётся в центрах, то =0

Суммарное отклонение рассчитываем по формуле:

(2.4.1)

где: -погрешность заготовки по короблению, мкм;

- погрешность зацентровки, мкм

(2.4.2)

где - удельное значение кривизны заготовки, мкм/мм;

-длина детали, мм.

По таблице при диаметре заготовки до 180 мм, принимаем =0,1мкм/мм

=0,25 =0,39мм=390 мкм

Для поковки диаметра 46мм составляет

Рассчитаем

Остаточная величина пространственного отклонения определяется по формуле:

- коэффициент уточнения формы;

=0,06 – для черновой обработки;

=0,04 – для чистовой обработки;

Определяем допуски

1. на чистовое точение назначаем по 4 классу точности;

2. на черновое точение назначаем

3. на заготовку

Рассчитываем минимальные значения припусков

1 Под чистовое точение

2 Под черновое точение

Рассчитываем общие припуски

Предельные значения припусков Z_max определяем как разность наибольших предельных размеров и Z_min – как разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов

мм,

мм,

мм

мм,

Проверка

Таблица 3 – Расчёт припусков и предельных размеров по технологическим

переходам на обработку поверхности Ø

Технологические переходы обработ-ки поверхности Ø	Элементы припуска, мкм	Расчёт-ный при-пуск 2Zmin, мкм	Расчёт-ный раз-мер dp, мм	До-пуск d, мкм	Предельный размер, мм	Предельные значения при-пусков, мкм
Rz	T	ρ	dmin	dmax
Заготовка					47,92		47,92	49,12		–
Точение черновое					46,08		46,08	46,88
Точение чистовое					45,38		45,38
Итого

Значит, минимальный размер заготовки должен быть

Расчёт припусков на обработку поверхностей можно производить с помощью применения компьютерных программ. В таблице 4 приведён расчёт припуска для обработки наружной поверхности 46_-0,62.

Таблица 4 – Расчёт припусков и предельных размеров на обработку поверхности 46_-0,62.

Табличный способ

Определение межоперационных припусков табличным методом состоит в том, что по специальным нормативам выбирают общий припуск на каждую поверхность детали, получая, таким образом, размеры заготовки, а затем производят определение размеров и допусков. С этой целью разрабатывают технологический маршрут, по которому заготовка путём механической обработки должна быть превращена в готовую деталь.

В детали «колесо зубчатое» технологический маршрут обработки для размера состоит из однократного фрезерования.

Пользуясь справочником определяем общий припуск z_общ=3мм.

Определяем расчётные размеры начиная с конечного перехода путём прибавления припуска

А) для конечного перехода (фрезерование)

l_расч2=l_min по чертежу=9,9 мм

для заготовки l_расч1=l_расч2 +Z _min2=9.9+3=12,9 мм

Назначаем допуск и в соответствии с квалитетом точности

А) для фрезерования значения допуска равно 200 мкм (чертёжный размер).

Б) для заготовки δ= мм

Наименьшие предельные размеры равны значению расчётных размеров

А) l_min2 =l_расч2=9,9 мм

Б) l_min1 =l_расч1=12,9 мм

Наибольшие предельные размеры определяем прибавлением допуска к наименьшему размеру

l_maxi= l_mini+ δ_i

для фрезерования

l_max2= l_min2+ δ₂=9,9+0,2=10,1 мм

для заготовки

l_max1= l_min1+ δ₁=12,9+0,6=13,5 мм

Значение наибольшего припуска определятся как разность между наибольшими предельными размерами.

Z_maxi=l_maxi-1-l_maxi

Для фрезерования

Z_maxi=l_maxi-1-l_maxi=13,5-10,1=3,4 мм

Значение наименьшего припуска определяется как разность между наименьшими предельными размерами предшествующего и выполняемого переходов

Z_mini=l_mini-1-l_mini

А) для фрезерования

Z_min2=l_mini-1-l_min2=12,9-9,9=3 мм

Проверка

Z_maxi-Z_mini= δ_i-1- δ_i

Z_max2-Z_min2= δ₁- δ₂

3.4-3=600-200

0.4 мм=400мкм

Таблица 5 – Расчёты заносим в таблицу

Технологический переход l=	Расчёт-ный при-пуск 2Zmin, мкм	Расчёт-ный раз-мер dp, мм	Допуск d, мкм	Предельный размер, мм	Предель-ные зна-чения при-пусков, мм
lmax	lmin
Заготовка	-	12,9		13,5	12,9	-	-
Фрезерование		9,9		10,1	9,9	3,4

Расчёт режимов резания

На вертикально-сверлильном станке 2Н118 обрабатываем сквозное отверстие диаметром 25Н7 (Ra=1,6 мкм), l=10 мм. Материал заготовки сталь 40Х ГОСТ 4543-71, НВ240.

Необходимо: выбрать режущий инструмент, рассчитать режимы резания, определить основное время.

Рисунок 1 - Эскиз обработки

1. Выбор инструмента.

Согласно исходных данных операция выполняется в три перехода: сверление, зенкерование и развертывание.

Для сверления чугуна выбираем сверло D=22 мм из стали Р18, 2j =118°; 2j ₀=70°; для зенкерования – цельный зенкер D=24,9 мм из стали Р18; j =45°; a_р =10°; для развертывания – цельную развертку D=25 мм, j =5° из стали Р18.

2. Выбор режима резания.

Расчет режимов резания выполним в традиционной последовательности с использованием данных работы [7].

Первый переход. Выбор подачи. Для сверления сверлом диаметром 22 мм выбираем подачу S=0,65¸0,75 мм/об. С учетом поправочного коэффициента на длину сверления Кl_s=0,9 получам расчетные величины подач S=0,59¸0,68 мм/об.

По паспорту станка устанавливаем ближайшую подачу к расчетной S=0,56 мм/об.

Выбор скорости и числа оборотов.

Исходя из диаметра сверла 22 мм и установленной подачи S=0,56 мм/об, методом двойной интерполяции определяем нормативные скорость резания и число оборотов (быстрее и удобнее вести расчет только по числу оборотов).

n_н=396 об/мин.

Учитывая поправочные коэффициенты на заточку сверла Кф_v =1,05, на длину сверления, Кl_v =0,75 и на механические свойства Км_v =0,88, получаем расчетное число оборотов в минуту

n=n_н×Кф_v×Кl_v×Км_v=396×1,05×0,75×0,88=274 об/мин.

Ближайшее число оборотов по паспорту станка n=250 об/мин. Тогда фактическая скорость резания будет равна

м/мин.

Проверка выбранного режима по осевому усилию и мощности.

Для установленных условий сверления D=22 мм, S=0,56 мм/об и n=250 об/мин методом двойной интерполяции получаем осевое усилие P_н=6010 Н и крутящий момент М_кр=6572 кг×мм.

С учетом поправочного коэффициента на обрабатываемый материал К_Мм=Км_р=1,06 Кф_р=0,66 и Кф_м=1 получим

Р=Рн× Км_р× Кф_р=6010×1,06×0,66=4205 Н

По паспорту станка наибольшее усилие, допускаемое механизмом подачи, равно 15000Н.

М=Ммр_н×Км_м×Кф_м=6572×1,06×1=6966 кг×мм.

Пользуясь графиком определяем при М_кр=6966 кг×мм и n=250 об/мин мощность, потребную на резание : N_рез=1,6 квт.

По паспорту станка мощность на шпинделе

Nэ=Nд×h=4,5×0,8=3,6 кВт; Nэ=3,6>N_рез=1,6 кВт

Следовательно, станок не лимитирует выбранного режима резания.

Второй переход. Выбор подачи.

Для зенкерования отверстия зенкером диаметром 24,9 мм (25 мм) при последующей обработке отверстия одной разверткой рекомендуется подача S=0,55­¸0,6 мм/об. Ближайшая подача по паспорту станка S=0,56 мм/об.

Выбор скорости резания и числа оборотов.

Исходя из диаметра зенкера D=24,9 (25) мм, для подачи S=0,56 мм/об путем интерполяции определяем число оборотов n_н=329 об/мин.

С учетом поправочного коэффициента на обрабатываемый материал Kм_v=0,88 число оборотов будет равно n=n_н× Kм_v=329×0,88=289 об/мин. Ближайшее число оборотов по паспорту станка n=250 об/мин. Фактическая скорость резания

м/мин.

Третий переход. Выбор подачи.

Для развертывания отверстия в сером чугуне НВ>200 механической разверткой D=25 мм с чистотой поверхности отверстия Ra=1,6 мкм рекомендуется подача S=1,9 мм/об. Ближайшая подача по паспорту станка S=1,6 мм/об.

Выбор скорости резания и числа оборотов.

Для развертывания отверстия диаметром 25 мм с подачей 1,6 мм/об рекомендуется число оборотов n_н=105 об/мин. С учетом поправочного коэффициента на обрабатываемый материал серый чугун НВ>200 Км_n=0,88. Тогда

n=nн× Км_n=105×0,88=92 об/мин

Ближайшее число оборотов по паспорту станка

n=90 об/мин.

Фактическая скорость резания

м/мин.

Определение основного (технологического) времени.

Величина врезания и перебега инструментов l₁ при работе на проход для сверла с двойной заточкой равна 12 мм; для зенкера 5 мм и для развертки 30 мм.

При длине отверстия l=10 мм l=125 мм основное (технологическое) время каждого перехода равно

мин

мин

мин

Основное время операции

T₀=t₀₁+t₀₂+t₀₃=0,16+0,107+0,28=0,547 мин.

Табличный способ

На вертикально-фрезерном станке 6Т13 производим торцевое фрезерование плоской поверхности шириной В=10 мм, длиной l=46 мм, припуск на обработку h=1,8 мм. Обрабатываемый материал сталь 40Х, НВ240. Необходимо: выбрать режущий инструмент, назначить режим резания с использованием таблиц нормативов, определить основное (технологическое) время.

Эскиз обработки

Рисунок 2 – эскиз обработки

1. Выбор инструмента.

Для фрезерования на вертикально-фрезерном станке выбираем торцевую фрезу с пластинками из твердого сплава Т15К6 [2] или [3], диаметром D=(1,25¸1,5)×В=(1,25¸1,5)×80=100¸120 мм. Принимаем D=100 мм; z=10, ГОСТ 9473-71 [2] или [3].

Геометрические параметры фрезы: j=60°, a=12°, g=10°, l=20°, j₁=5°.

2. Режим резания.

2.1 Глубина резания.

t=h=1,8 мм

2.2 Назначение подачи.

Для получения шероховатости Ra=6,3 мкм подача на оборот S₀=1,0¸0,7 мм/об [4].

Тогда подача на зуб фрезы

мм/зуб.

2.3 Период стойкости фрезы.

Для фрез торцевых диаметром до 110 мм с пластинками из твердого сплава применяют период стойкости

Т=180 мин [4],

2.4 Скорость резания, допускаемая режущими свойствами инструмента.

Для обработки фрезой диаметром до 110 мм, глубина резания t до 3,5 мм, подаче до 0,1 мм/зуб.

V=98,9 м/мин [4],

С учетом поправочных коэффициентов K_mv=1; K_nv=1; при ; К_БV=1; K_jv=1 [4],

V=V×K_mv K_nv×К_БV×K_j=98,9×1=98,9 м/мин.

Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости резания

об/мин.

Корректируем по паспорту станка

n=315 об/мин.

Действительная скорость резания

м/мин.

2.5 Минутная подача S_м=S_z×z×n=0,1×10×315=315 мм/мин. Это совпадает с паспортными данными станка.

3. Мощность, затрачиваемая на резание.

Np=3,8 кВт [4],

3.1 Проверка достаточности мощности станка

Мощность на шпинделе станка N_шп=N_д×h

N_д=7,5 кВт; h=0,8 (по паспорту станка)

N_шп=7,5×0,8=6 кВт.

Так как N_шп=6 кВт >N_p=3,8 кВт, то обработка возможна.

4. Основное время

, мкм

где L=l+l₁.

.

На остальные поверхности расчёт режимов резания произведём при помощи применения компьютерных программ.

Таблица 6 –Режимы резания при фрезеровании

Таблица 7 – Аналитический расчёт режимов резания при точении

Все расчёты режимов резания сводим в таблицу 8, в зависимости от операции, по переходам.

Таблица 8 − Сводные данные по расчету, режимы резания