Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

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

К мероприятиям по разработке новых прогрессивных технологических процессов относится их автоматизация, на ее основе проектируется высокопроизводительное технологическое оборудование, осуществляющее рабочие и вспомогательные процессы без непосредственного участия человека.

В соответствии с этим решаются следующие задачи:

Расширение, углубление, систематизация и закрепление теоретических знаний и применение их для проектирования прогрессивных технологических процессов изготовления деталей, включая проектирование средств технологического оснащения.

В курсовом проекте должна отображаться экономия затрат труда, материала, энергии. Решение этих вопросов возможно на основе наиболее полного использования возможностей прогрессивного технологического оборудования и оснастки, создания гибких технологий.

Различные материалы обрабатывают для получения нужных предметов. Придание материалу необходимых размеров, формы, свойств достигается многими видами обработки.

Обработка металлов режущими инструментами на станках в современном машиностроительном производстве занимает одно из главных мест в технологическом процессе изготовления изделий. Работа таких инструментов основана на использовании режущего клина. Клин, состоящий из двух поверхностей, сходящихся в острую кромку, может перемещаться относительно обрабатываемого куска металла-заготовки так, что одна поверхность клина будет давить на заготовку, а кромка разделять заготовку на две части, меньшая из которых будет деформироваться, превращаясь в стружку. Такой процесс называется резанием. Взаимное перемещение режущего клина и заготовки осуществляется в металлорежущем станке, где инструмент или заготовка может устанавливаться в дополнительные устройства, приспособления. Получение новых поверхностей путём деформирования поверхностных слоёв материала с образованием стружки называется обработка резанием.

При обработке металлов резанием в среднем 20% его превращается в стружку, поэтому опережающее развитие получают процессы изготовления деталей с малыми отходами (точное литьё, обработка давлением). Однако обработка металла резанием инструментами особенно при изготовлении высококачественных деталей является одним из главных средств в машиностроении.

Предусмотрено дальнейшее расширение производства металлообрабатывающего инструмента, особенно с применением природных и синтетических алмазов и других сверхтвёрдых сплавов и материалов, а так же режущего и вспомогательного инструмента к станкам с ЧПУ и к автоматическим линиям. Наша промышленность выпускает все виды лезвийного, абразивного и алмазного инструмента для всех отраслей народного хозяйства.

В современных методах механической обработки металлов заметны следующие тенденции:

1 обработка заготовок с малыми припусками, что приводит к экономии металлов и увеличении доли отделочных операций;

2 широкое применение методов упрочняющей обработки без снятия стружки путем накатывания роликами и шариками обдувки дробью, дорнирования, чеканки и т.п.;

3 применение многоинструментальной обработки взамен одноинструментальной и многолезвийного режущего инструмента вместо однолезвийного;

4 возрастания скоростей резания и подач;

5 увеличение части работ, выполняемых на автоматических и полуавтоматических станках, роботизированных комплексов с применением систем программного управления;

6 широкое проведение модернизации металлорежущего оборудования;

7 использование быстродействующих и многоместных приспособлений для закрепления заготовок и механизмов при автоматизации универсальных металлорежущих станков;

8 изготовление деталей из специальных и жаростойких сплавов, обрабатываемость которых значительно хуже, чем обычных металлов;

9 участие технологов в разработке конструкции машин для обеспечения их высокой технологичности.

Более рационально получать сразу готовую деталь, минуя стадию заготовки. Это достигается применением точных методов литья и обработки давлением, порошковой металлургией. Эти процессы более прогрессивны, и они будут все шире внедряться в технику.

1. Технологический раздел

1.1 Назначение и технологические требования к конструкции изготавливаемой детали

Шпиндель металлорежущего станка - одна из наиболее ответственных деталей. Качество изготовляемых деталей в значительной степени зависят от качества шпинделя и его опорных шеек, жёсткости шпинделя и стабильности его положения в опорах.

Основное назначение шпинделя станка - сообщать обрабатываемой заготовке или режущему инструменту вращательное движение с определёнными угловой скоростью и крутящим моментом. В современных станках они очень высокие, поэтому к качеству изготовления как самого шпинделя, так и шпиндельного узла с его опорами в целом предъявляются высокие требования.

Допуски овальности и конусообразности для станков нормальной точности не должны превышать 50% допуска диаметральных размеров шеек. Так, отклонение от круглости опорных шеек в зависимости от диаметра шпинделя для станков нормальной точности 4,0…1,2 мкм, а для современных прецизионных станков - 0,3…0,5 мкм. Допустимая конусообразность 1,25…3,0 мкм.

Для шпинделей с резьбой, на которую навёртывают установочные опорные кольца, следует устанавливать допустимые отклонения от соосности резьбы с опорными шейками подшипников. Для станков нормальной точности они не превышают 0,025 мм. Это необходимо для того, чтобы при монтаже шпиндельного узла избежать перекоса колец шариковых и роликовых подшипников, так как установочные гайки при большом биении будут нажимать на подшипник одной стороной. Для этого и ограничивается биение торца опорной гайки. При плотно навёрнутой гайке на шпиндель торцовое биение не должно превышать 0,025 мм на радиусе 50 мм.

Шероховатость поверхности и твёрдость опорных шеек, особенно для шпинделей, работающих в подшипниках скольжения, влияют на стабильность положения шпинделя при эксплуатации станка. По этим параметрам точности к шпинделям предъявляют также очень высокие требования.

Выбор материала для шпинделя определяются типом станка и условиями работы шпинделя. Шпиндели, работающие на опорах скольжения, должны обладать не только высокими прочностью и жёсткостью, но и высокой износостойкостью.

По заданию деталь шпиндель изготовлена из стали 38Х2МЮА ГОСТ 1133-71. Химический состав, механические, физические и технологические свойства стали приведены в таблице 1-2.

Таблица 1 - Химический состав стали 38Х2МЮА ГОСТ 1133-71

Содержание элементов*, %
С	Al	Mo	Si	Mn	Cr	Cu, Ni не более
0,35-0,42	0,70-1,10	0,15-0,25	0,20-0,45	0,30-0,60	1,35-1,65	0,30

*P, S не более 0,025

Таблица 2. - Механические свойства стали 38Х2МЮА ГОСТ 1133-71

ув, МПа	у0,2, МПа	д5, %	ш, %	HB
600	450	14	50	250-300

По заданию требуется, чтобы твёрдость стали была 45-55 HRC. Для этого требуется провести термообработку. Закалку ТВЧ и средний отпуск 450⁰С. После закалки структурой стали будет, является мартенсит закалки. После отпуска структура стали - тростит.

1.2 Определение типа производства

В зависимости от размера производственной программы, сложности и трудоемкости изготовляемых деталей различают три типа производства: единичное, серийное, массовое. Условно можно отнести к тому или иному типу производства обработку деталей заданного типа на основании таблицы 3 [2].

Таблица 3 - Типы производства

Тип производства	Количество обрабатываемых деталей в год
	крупных более 20 кг	средних от 5 до 20 кг	Мелких менее 5 кг
Единичное	до 5	до 10	до 100
Серийное	от 5 до 1000	от 10 до 5000	от 100 до 50000
Массовое	свыше 1000	свыше 5000	свыше 50000

Определим массу детали по формуле

m = V, (1)

где m - масса детали, кг;

- плотность чугуна, кг/мі;

V - объем детали, мі.

Для серого чугуна стали = 7,810³ кг/мі.

Объем детали:

Итак, объем шпинделя составил 0,004043 мі.

Тогда масса шпинделя:

m = 7,110³0,004043? 31,55 кг.

По таблице 3 определим тип производства. Так как масса детали более 20 кг и производственная программа 4950 деталей, то тип производства - массовое.

При массовом производстве на оборудовании непрерывно обрабатываются или изготавливаются детали заданного типоразмера в течение длительного времени.

1.3 Выбор и экономическое обоснование метода получения заготовки

Определение припусков табличным методом

Определение припусков табличным методом будем проводить по ГОСТ 7505-89. Для сравнения рассчитаем припуски для поковки.

Класс точности поковки: Т2.

Группа стали: МІ.

Степень сложности: С3.

Конфигурация поверхности разъема штампа: П - плоская.

Исходный индекс: 13.

Смещение по поверхности разъема штампа: 0,8 мм.

Изогнутость и отклонения от прямолинейности и плоскостности: 1,2 мм.

Минимальная величина радиусов закругления наружных углов поковки в зависимости от глубины полости ручья штампа: 3,0 мм.

Допускаемая величина смещения по поверхности разъема штампа: 0,8 мм.

Штамповочные уклоны: 3°.

Найдем основные припуски на механическую обработку и допускаемые отклонения линейных размеров поковок (таблицы 4,5).

Таблица 4 - Основные припуски на механическую обработку

Номинальные размеры, мм	Горизонтально-ковочные машины, мм
Ш 75	2,0
Ш 80	2,0
Ш 85	2,0
Ш 90	2,0
Ш 95	2,0
Ш 108	2,2
Ш 170	2,5
Ш 103	2,2
936	3,3

Таблица 5 - Допускаемые отклонения линейных размеров поковок

Номинальные размеры, мм	Горизонтально-ковочные машины, мм
Ш 75	+1,6 -0,9
Ш 80	+1,6 -0,9
Ш 85	+1,6 -0,9
Ш 90	+1,6 -0,9
Ш 95	+1,6 -0,9
Ш 108	+1,8 -1,0
Ш 170	+2,1 -1,1
Ш 103	+1,8 -1,-
936	+3,0 -1,5

При сравнении возможных методов получения заготовки для вновь проектируемого технологического процесса изготовления детали рассматриваемые варианты могут отличаться только технологией получения заготовки, но не механической обработкой. В этом случае для выбора метода получения заготовки достаточно оценить её себестоимость для каждого варианта и выбрать тот вариант, для которого себестоимость меньше. В противном случае при выборе метода получения заготовки необходимо для каждого варианта оценить суммарную себестоимость получения заготовки и отличающихся операций механической обработки.

Стоимость заготовок, получаемых горячей штамповкой различными методами, можно определить по формуле:

, (2)

где C_i - базовая стоимость 1 кг заготовок, руб.;

К_Т - коэффициент, зависящий от класса точности;

К_С - коэффициент, зависящий от степени сложности;

К_В - коэффициент, зависящий от массы;

К_М - коэффициент, зависящий от марки материала;

К_n - коэффициент, зависящий от объёма производства заготовок;

Q - масса заготовки, кг;

q - масса готовой детали, кг;

S_отх - цена 1 кг отходов, руб.

Экономический эффект для сопоставления способов получения заготовок, при которых технологический процесс механической обработки не меняется, может быть рассчитан по формуле:

, (3)

где З_{заг i}-стоимость заготовок, изготавливаемых сравнительными методами;

N - годовой выпуск заготовок, шт.

Уровень технологичности каждого из методов получения заготовки может быть укрупнено оценен по коэффициенту использования материала:

, (4)

Выполним расчёт стоимости заготовок, получаемых двумя различными методами по формулам (2) - (4) и полученные данные сведём в таблицу:

Таблица 6 - Сопоставление вариантов технологического процесса получения заготовок

Вид заготовки	Закрытые штампы	Штамповка в горизонтально-ковочной машине
Степень сложности	3	3
Класс точности	Т2	Т4
Масса готовой детали, кг	31,54	31,54
Масса заготовки, кг	51,22	55,95
Стоимость 1 кг заготовок, принятых за базу, руб.	560	570
Стоимость 1 кг стружки, руб.	42	42
КТ	0,85	0,85
КМ	1,18	1,18
КС	1,0	1,0
КВ	0,80	0,80
Кn	0,80	0,80
Стоимость заготовки по формуле (4), руб.	17585,76	19446,57
Коэффициент использования материала	0,62	0,56
Экономический эффект	9211009

Вывод: штамповка в закрытые штампы экономически эффективнее, поэтому мы выбираем ее для изготовления шпинделя.

Расчет припусков аналитическим методом

Рассчитаем припуски на механическую обработку поверхности ходового винта диаметром 85h7.

Величины Rz и h определяем по таблицам [3] для каждого технологического перехода.

Погрешность установки заготовки е = 500 мкм [3]. Остаточная погрешность установки при чистовом точении е = 0,04500 = 30 мкм.

Величина расчетного припуска определяется по формуле

Z_min = 2 (Rz_(i-1) + h_i-1 +[Д_i-1І+е_i І]^1/2) (5)

Значения Z_min по операциям (переходам) обработки составляют:

– шлифование получистовое: Z_min ? 84 мкм;

– точение чистовое: Z_min? 380 мкм;

– точение черновое: Z_min = 2110 мкм.

Расчетные размеры по операциям (переходам) механической обработки составят:

– шлифование получистовое - 84,965 мм;

– точение чистовое - 84,965+0,084=85,049 мм;

– точение черновое - 85,049+0,380=85,429 мм;

– заготовка - 85,429+2,110=87,539 мм.

Результаты расчетов сводим в таблицу 7.

В графе «Предельные размеры» значения «min» получаем путем округления расчетных размеров до точности допуска соответствующего перехода. Значения «max» получаем прибавлением допусков соответствующих переходов к наименьшим предельным размерам.

Минимальные предельные значения припусков Z_min получаем как разницу наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов, а максимальное Z_max - соответственно разности наибольших предельных размеров.

Графическая схема расположения припусков приведена на рисунке 1.

Таблица 7 - Результаты расчета припусков аналитическим методом

Технологические операции и переходы обработки	Элементы припуска, мкм	Расчетный припуск Zmin, мкм	Расчетный размер, мм	Допуск Т(д), мкм	Предельный размер, мм	Предельные значения припусков, мм
	Rz	T(h)	с	е				min	max	min	max
Заготовка	250	300	72	-	-	87,539	1400	87,539	88,939	-	-
Черновое точение	80	80	4,32	500	2110	85,429	350	85,429	85,779	2,11	3,16
Чистовое точение	20	20	2,88	30	380	85,049	54	85,049	85,103	0,38	0,676
Получистовое шлифование	5	5	1,8	-	84	84,965	35	84,965	85	0,084	0,103
Итого:	2,574	3,939

Рисунок 1 - Схема расположения припусков на обработку поверхности 85h7

1.4 Разработка технологического процесса

Структурная схема технологического процесса

Рисунок 2 - Структурная схема технологического процесса

Выбор и описание технологического оборудования

Механическая обработка детали состоит из фрезерной, координатно-расточной и плоскошлифовальной операций. Основываясь на габаритных размерах и форме детали, форме поверхностей и их взаимном расположении, технических требованиях и точности размеров, шероховатости обрабатываемых поверхностей, выберем станки для проведения операций.

Выберем токарно-винторезный станок 16К20. Технические характеристики станка 16К20 приведены в таблице 8 [4].

Таблица 8 - Технические характеристики станка 16К20

Показатель	Характеристика
Наибольший диаметр обрабатываемой детали, мм	415
Расстояние между центрами, мм	1000
Число ступеней вращения шпинделя	22
Частота вращения шпинделя, об/мин	12,5-1600
Число ступеней подач шпинделя	42
Подача суппорта, мм/об продольная: поперечная:	0,05 - 4,16 0,035-2,08
Мощность главного электродвигателя, кВт	10
КПД станка	0,75
Наибольшая сила подачи механизмом подачи, Н	600
Станок	16К20
Наибольший диаметр обрабатываемой детали, мм	415
Расстояние между центрами, мм	1000
Число ступеней вращения шпинделя	22

Выбираем круглошлифовальный станок 3У142. Технические характеристики станка 3У142 приведены в таблице 9 [3].

Таблица 9 - Технические характеристики станка 3У142

Показатель	Характеристика
Наибольшие размеры обрабатываемых заготовок:
диаметр	400
длина	1000
Наибольшее продольное перемещение стола, мм	2000
Наибольшее размеры шлифовального круга, мм: наружный диаметр высота	600 63
Высота центров над столом, мм	240
Частота вращения шпинделя шлифовального круга, об/мин	1112
Частота вращения шпинделя заготовки, об/мин	30-300
Мощность электродвигателя главного привода, кВт	7,5
Габариты станка, мм	6310x2585x1982
Масса станка, кг	7600

Выбираем координатно-расточной станок 2Д450. Технические характеристики станка 2Д450 приведены в таблице 10 [4].

Таблица 10 - Технические характеристики станка 2Д450

Размеры рабочей поверхности стола, мм	630x1100
Наибольший диаметр сверления в стали, мм	30
Наибольшее продольное перемещение стола, мм	1000
Наибольший вес обрабатываемого изделия, кг	600
Количество ступеней частоты вращения шпинделя	21
Частота вращения шпинделя, об/мин	50-2000
Мощность электродвигателя главного привода, кВт	2,0
Габариты станка, кг	3305x2705x2800
Масса станка, кг	7800

Для проведения фрезерно-ценровальной операции выбираем станок МР-37. Технические характеристики станка приведены в таблице 11.

Таблица 11 - Технические характеристики фрезерно-центровального станка МР-37

Диаметр обрабатываемой заготовки, мм	25-185
Длина обрабатываемой заготовки, мм	200-1000
Число скоростей шпинделя фрезы	6
Пределы чисел оборотов шпинделя фрезы в минуту	125-712
Наибольший ход головки фрезы, мм	220
Пределы рабочих подач фрезы, мм/мин	20-40
Число скоростей сверлильного шпинделя	6
Пределы чисел оборотов сверлильного шпинделя в минуту	238-1125
Ход сверлильной головки, мм	75
Пределы рабочих подач сверлильной головки, мм/мин	20-30
Продолжительность холостых ходов, мин	0,3
Мощность электродвигателей, кВт фрезерной головки сверлильной головки	7,5/10 2,2/3

Выбираем внутришлифовальный станок СШ-148. Технические характеристики станка СШ-148 приведены в таблице 12 [3].

Таблица 12 - Технические характеристики станка СШ-148

Показатель	Характеристика
Наибольшие размеры обрабатываемых заготовок:
диаметр	400
длина	1000
Наибольший ход стола, мм	1600
Наибольшее размеры шлифовального круга, мм: наружный диаметр высота	В зависимости от наладки
Скорость движения стола, м/мин	10
Частота вращения шпинделя внутришлифовального, об/мин	5000-6000
Частота вращения шпинделя заготовки, об/мин	70-100
Мощность электродвигателя главного привода, кВт	10
Габариты станка, мм	6310x2585x1982
Масса станка, кг	7600

Выбираем вертикально-сверлильный станок 2А150. Технические характеристики станка 2А150 приведены в таблице 9 [3].

Таблица 9 - Технические характеристики станка 2А150

Размеры рабочей поверхности стола, мм	630x1100
Наибольший диаметр сверления в стали, мм	75
Наибольшее расстояние от торца шпинделя до рабочей поверхности стола, мм	2000
Наибольший ход шпинделя, мм	1000
Количество ступеней частоты вращения шпинделя	12
Частота вращения шпинделя, об/мин	30-3000
Мощность электродвигателя главного привода, кВт	11
Габариты станка, кг	3305x2705x2800
Масса станка, кг	7800

Выбор и описание режущего инструмента

При выборе режущего инструмента необходимо исходить из способа обработки и типа станка, формы и расположения обрабатываемых поверхностей, материала заготовки и его механических свойств. Инструмент должен обеспечить получение заданной точности формы и размеров, требуемую шероховатость обработанных поверхностей, высокую производительность и стойкость, должен быть достаточно прочным, виброустойчивым, экономичным.

Для обработки наружной поверхности детали используем следующие резцы:

Для обработки цилиндрических поверхностей используем токарный проходной отогнутый резец ГОСТ 18878 - 73. Н=20 мм; В=12 мм; L=120 мм; m=7 мм; а=12 мм; r=1 мм.

Рисунок 3 - Токарный проходной отогнутый резец ГОСТ 18878 - 73

Для обработки канавок используем отрезной резец ГОСТ 18874 - 73. Н=20 мм; В=12 мм; L=120 мм; l=50 мм; а=3 мм; r=0,2 мм.

Рисунок 4 - Токарный отрезной резец ГОСТ 18874 - 73

Для обработки плоских торцовых поверхностей используем подрезной резец для обработки торцовых поверхностей по ГОСТ 18880-73.



Рисунок 5 - Токарный резец для обработки плоских торцовых поверхностей ГОСТ 18880-73

Для обработки отверстия диаметром 4,8 мм выбираем спиральное сверло с цилиндрическим хвостовиком, средняя серия из быстрорежущей стали Р18 по ГОСТ 10902-64. Изобразим сверло на рисунке 6, для него: d = 4,8 мм, L = 86 мм, l₀ = 52 мм.

Рисунок 6 - Сверло спиральное из быстрорежущей стали по ГОСТ 10902-77

Для обработки отверстия диаметром 15 мм выбираем спиральное сверло с цилиндрическим хвостовиком, средняя серия из быстрорежущей стали Р18 по ГОСТ 10902-77. Изобразим сверло на рисунке 6, для него: d = 15 мм, L = 169 мм, l₀ = 114 мм.

Для обработки отверстия диаметром 23 мм выбираем спиральное сверло с коническим хвостовиком, средняя серия из быстрорежущей стали Р18 по ГОСТ 10903-77. Изобразим сверло на рисунке 7, для него: d = 23 мм, L = 253 мм, l₀ = 155 мм.



Рисунок 7 - Сверло спиральное с коническим хвостовиком ГОСТ 10903-77

Для обработки центровочных отверстий используем центровочное сверло по ГОСТ 14952-75.

Рисунок 8 - Сверло центровочное по ГОСТ 14952-75

Для фрезерной операции для обработки торцов выбираем торцовую насадную фрезу со вставными ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава (рисунок 5) D = 125 мм, B = 42 мм, d = 40 мм, количество зубьев - 12 (ГОСТ 9473-80) [3].



Рисунок 9 - Торцовая фреза со вставными ножами ГОСТ 9473-80

Для шлифования поверхностей используем шлифовальный эльборовый круг ГОСТ 17123 - 79. Размеры круга: D=100 мм, Н=50 мм, d=40 мм.

Рисунок 10 - Шлифовальный эльборовый круг по ГОСТ 17123 - 79

Для вертикально-сверлильной операции для чистовой обработки отверстий выбираем развертку коническую с конусом Морзе 6 с коническим хвостовиком (рисунок 11) L = 450 мм, l₀ = 170 мм, d = 54 мм (ГОСТ 10079-71) [3].



Рисунок 11 - Развертка коническая ГОСТ 10081-84

Для координатно-расточной операции для сверления отверстия диаметром 19 мм выбираем зенкер для цилиндрических отверстий (рисунок 12) по ГОСТ 12489-71.

Рисунок 12 - Зенкер для цилиндрических отверстий по ГОСТ 12489-71

Для координатно-расточной операции для нарезания резьбы МІ0 выбираем короткий метчик с проходным хвостовиком (рисунок 13) L = 112 мм, l = 37 мм, d₁ = 14 мм (ГОСТ 3266-81) [3].

Рисунок 13 - Короткий метчик с проходным хвостовиком ГОСТ 3266-81

Для координатно-расточной операции для нарезания резьбы М8
выбираем короткий метчик с проходным хвостовиком (рисунок 13) L = 70 мм, l = 27 мм, d₁ = 4 мм (ГОСТ 3266-81) [3].

Для вертикально-сверлильной операции выбираем сверло сборное перовое с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 25524-82.

Рисунок 14 - Сверло сборное перовое с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 25524-82

Для шлифования внутренних поверхностей используем шлифовальную головку KW по ГОСТ 2447 - 82, которая изображена на рисунке 15.

Рисунок 15 - Шлифовальная головка KW по ГОСТ 2447 - 82

Выбор измерительного инструмента

Для межоперационного и окончательного контроля линейных размеров выберем штангенциркуль ШЦ-II ГОСТ 166-89, для контроля диаметра Ш85H7 - калибр-скобу (расчет калибра-скобы приведен в подразделе 2.2).

1.5 Расчет режимов резания

Расчет режимов резания аналитическим методом

1. Определим для заданной обрабатываемой поверхности глубину резания t, мм. При черновой обработке глубина резания равна:

t=2Zmax/2=2,551/2=1,275 мм

2. Подсчитаем значение подачи S, мм/об.

Для черновой обработки на скоростных режимах резания твёрдосплавным инструментом максимально допустимую подачу рассчитаем по формуле:

, (6)

где Rz - высота неровностей по ГОСТ 2789-73, Rz=4Ra, Ra=5;

r-радиус скругления вершины резца, r=1 мм;

.

Продольную подачу S_ф находим согласно закона изменения её по геометрической прогрессии, знаменатель который определяется по формуле:

, (7)

где S_z и S₁ - максимальное и минимальное значения подачи;

z - количество ступеней подачи.

Значение _s=1,11 не совпадает со стандартными нормами станкостроения. Поэтому примем _s=1,12.

Теперь определим весь ряд S по геометрической прогрессии:

S₂=S_1s=0,051,12=0,056 ;

S₃=S_1s²=0,05(1,12)²=0,063 ;

S₄=S_1s³=0,05(1,12)³=0,071 ;

………………………………

S₁₂=S_1s¹¹=0,05(1,12)¹¹=0,174 ;

S₁₃=S_1s¹²=0,05(1,12)¹²=0,195;

……………………………….

S₁₈=S_1s¹⁸=0,05(1,12)¹⁸=0,38 ;

S₂₀=S_1s¹⁹=0,05(1,12)¹⁹=0,491 ;

…………………………………

S₂₃=S_1s²²=0,05(1,12)²²=0,605

Из данного ряда следует, что ближайшая меньшая из числа осуществляемых на станке S_ф равна S_ф=0,38=0,4 мм/об;

3. Рассчитаем скорость резания.

Расчёт скорости резания при точении V_р, м/мин, вычисляем по эмпирической формуле:

, (8)

где С_v-коэффициент, зависящий от материала инструмента, заготовки и условий обработки;

Т-расчётная стойкость инструмента. Для резцов с пластинами из твёрдого сплава, Т=90-120 мин.

X_v, Y_v - показатели степени влияния t и S на V_р;

K_v-поправочный коэффициент на изменённые условия, равный произведению ряда коэффициентов, учитывающих влияние различных факторов на скорость резания, в частности, механических свойств обрабатываемого материала K_Mv, качество (состояния поверхности) заготовки K_nv, материала режущей части инструмента K_Uv, главного угла в плане K_цv, формы передней грани инструмента K_Фv.

Поправочный коэффициент находим как:

K_v=K_MvK_nvK_UvK_цvK_Фv, (9)

Значения коэффициентов и показателей степени формулы найдем в литературе [3].

С_v=350;

X_v=0,15;

Y_v=0,35;

m=0,2;

K_Mv=750/у_в=750/600=1,25;

K_nv=1,0;

K_Uv=1,0;

K_цv=1,0;

K_Фv=1,0.

K_v= 1,25^.1^.1^.1^.1=1,25.

.

4. Рассчитаем частоту вращения шпинделя, об/мин.

По расчётной скорости резания подсчитаем частоту вращения шпинделя, об/мин.

, (10)

где D₀ - диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

V_p - скорость резания, м/мин.

Для станка 16К20 принимаем n_ф=1000 об/мин.

Рассчитаем фактическую скорость резания:

, (11)

где D₀ - диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

n_ф - фактическая частота вращения шпинделя.

5. Найденные режимы резания могут быть приняты только в том случае, если развиваемый при этом крутящий момент на шпинделе М_шп будет больше момента, создаваемого силами резания, или равен ему:

М_шп? М_рез

Тангенциальную силу Р_z, создающую крутящий момент М_рез, определяем по формуле:

P_z=C_pzt^xpzS_ф^ypzV_ф^npzk_p, (12)

где C_pz - коэффициент, зависящий от материала заготовки и условий обработки;

x_Pz y_Pz n_Pz - показатели степени влияния режимов резания на силу P_z;

k_р-поправочный коэффициент на изменённые условия, подсчитываемый как произведение ряда поправочных коэффициентов.

K_р=K_MрK_црK_грK_rрK_лр…, (13)

Значения коэффициентов и показателей степени формулы найдем в литературе [3].

C_pz=300*9,8=2940 (для подсчёта силы Р_z в Ньютонах).

x_Pz=1,0

y_Pz=0,75

n_Pz=-0,15

K_Mр=(у_в/750)^0,75=(600/750)^0,75=0,8;

K_цр=1,0;

K_гр=1,0;

K_rр=0,93;

K_лр=1,0.

K_р= 0,8*1,0*1,0*0,93*1.0=0,744

P_z=29401,275^1,00,4 ^0,75276,32^-0,150,744=603 Н.

Крутящий момент, Нм, потребный на резание, подсчитаем по формуле:

, (14)

.

Крутящий момент, развиваемый на шпинделе, подсчитывается по мощности электродвигателя.

, (15)

N_эд=10 кВт;

n_ф=1000 об/мин;

з=0,75

Поучили, что М_шп>М_рез. Значит принимаем данные режимы резания.

6. Определяем коэффициент использования мощности станка по формуле

, (16)

N_пот - потребная мощность на шпинделе.

, (17)

где N_э - эффективная мощность на резание, кВт, определяемая по формуле:

. (18)

Подставляя численные значения в формулу (18) получим:

Найденную эффективную мощность подставим в формулу (17):

.

Тогда найдем коэффициент использования мощности станка по формуле (16)

%.

7. По фактической скорости резания V_ф подсчитаем фактическую стойкость инструмента Т_ф, мин, с учетом показателя стойкости m по формуле

, (19)

где V_p и Т - расчетные значения скорости и стойкости инструмента.

Подставим в формулу (19) численные значения и определим Т_ф

.

8. Основное технологическое время, т.е. время, непосредственно затраченное на процессе резания, мин, определим по формуле

, (20)

где L - расчетная длина обработки, равная сумме длин обработки l,

врезания l₁ и перебега инструмента l₂,

; (21)

i - число проходов;

n_ф - частота вращения шпинделя, об/ мин;

S_ф - подача, мм/об.

За длину обработки l, мм, принимается путь, пройденный вершиной инструмента в процессе резания и измеренный в направлении подачи l=34,4 мм. Величина врезания l₁, мм, при точении вычисляется из соотношения

. (22)

где t - глубина резания, мм;

ц - главный угол резца в плане.

Подставим в формулу (22) численные значения и получим

.

Найдем расчетную длину обработки по формуле (21)

.

Тогда по формуле (20) найдем время, затраченное на процесс резания

Расчёт режимов резания при шлифовании

1. Глубину резания при получистовом шлифовании равна:

t=2Zmax/2=0,103/2=0,0515 мм

2. Продольную подачу при шлифовании S принимаем равной:

, (23)

где В-ширина шлифовального круга, В=50 мм.

S=0,8*50=40 мм/ход.

3. Скорость шлифования круга определим по формуле:

, (24)

где D_к - диаметр круга, мм;

n_к -частота вращения шпинделя, принимаемая по паспорту станка. n_к =1270 об/мин.

.

Расчётное значение частоты вращения обрабатываемой детали определим по формуле:

, (25)

где v_Д - среднее значение скорости вращения детали, м/мин; ;

D_Д -диаметр. обрабатываемой детали, мм.

.

Так как изменение частоты вращения детали на выбранном станке бесступенчатое, то .

Скорость перемещения заготовки, м/мин:

, (26)

Подставив численные значения, получим:

4. Тангенциальная сила резания, Н:

, (27)

Значения коэффициентов имеют следующие значения:

С_р=19,6; u_р=0,7; X_p=0,7; У_р=0,5.

Подставив, получим:

.

5. Эффективная мощность на вращение обрабатываемой детали, кВт,

, (28)

.

Эффективная мощность на вращение шлифовального круга, кВт,

, (29)

Потребная мощность на вращение шлифовального круга, кВт:

, (30)

Коэффициент использования станка по мощности:

, (31)

.

Основное технологическое (машинное) время:

, (32)

где L - длина продольного хода, мм;

k - коэффициент, учитывающий выхаживание, k = 1,3 [2].

Длина продольного хода определяется по формуле:

. (33)

L = 34,4 + 0,850 = 74,4 мм.

Тогда основное технологическое время

мин.

Расчет режимов резания табличным методом

На остальные переходы режимы резания назначаем согласно рекомендациям, приведенным в литературе [3] и [6], и сводим их в единую таблицу 13.

Таблица 13 - Расчет режимов резания табличным методом

Поверхность	Sпрод, м/мин	t, мм	S, мм/об	v, м/мин
Черновое точение поверхностей	-	5	0,85	150
Чистовое точение поверхностей	-	0,7	0,5	190
Сверление отверстия Ш55	118	27,5	0,1375	140
Сверление отверстия Ш23	118	11,5	0,276	24
Сверление отверстия Ш4,8	118	2,4	0,0576	24
Сверление отверстия Ш15	118	7,5	0,18	24
Зенкерование	-	2	0,475	20
Развертывание	-	0,14	3,2	8
Фрезерование торцов	-	12	Sz =1,2 мм/зуб	250
Сверление центровочных отверстий	118	3	0,096	24
Шлифование наружных поверхностей	-	Sпоп=10 мкм/об. заг	Sпрод=10 мм/ход	1800
Шлифование внутренних поверхностей	-	Sпоп=6 мкм/об. заг	Sпрод=10 мм/ход	1800

2. Конструкторский раздел

2.1 Разработка специального режущего инструмента

Исходные данные для расчета метчика: резьба МІ0; d = 20 мм;
P = 2,5 мм; б = 60⁰; длина резьбы l = 25 мм; характер резьбы - сквозная; обрабатываемый материал - серый сталь 38Х2МЮА; тип метчика - машинный. Расчет ведем на основе методики, приведенной в литературе [8].

Выбор инструментального материала. Рабочая часть - ВК6 (88-90 HRB); хвостовик - сталь 40Х (40-42 HRC_Э).

Выбор числа зубьев. z = 4. Выбор размеров и формы стружечной канавки.

d_C = 0,5d = 0,520 = 10 мм,

r = 0,53d = 0,5320 = 10,6 мм,

r₁ = 0,11d= 0,1120 = 2,2 мм.

Определение длины заборной части.

Принимаем допустимую толщину среза a = 0,20 мм; тогда угол заборной части (угол в плане ц) определяется по формуле:

. (34)

tgц = 0,20 4/2,5 = 0,32,

ц = 18⁰.

Диаметр сверла под резьбу:

d_св = d - P. (35)

d_св = 20 - 2,5 = 17,5 мм.

Тогда длина заборной части метчика:

l₁ = (d - d_Т)/2tgц, (36)

d_Т = d_св - (0,1…0,3 мм). (37)

d_Т = 17,5 - 0,1 =17,4 мм,

l₁ = (20 - 17,4)/20,32 = 4,1 мм.

Принимаем длину рабочей части метчика l₃ = 25 мм. Тогда длина калибрующей части l₂ = l₃ - l₁ = 25 - 4,1 = 20,9 мм.

Для уменьшения трения калибрующая часть должна иметь обратную конусность по всему профилю резьбы. Принимаем обратную конусность 0,08 мм на 100 мм длины.

Принимаем l_Ш = 15 мм; d_Ш = 15 мм; S = 16,0 мм; h = 20 мм, d₁ = 20 мм.

Погрешность квадрата ().

Общая длина метчика определяется по формуле:

L = l + l₁ + l₀ + l_В, (38)

где l - длина резьбы с полным профилем;

l₀ - расстояние от вспомогательного инструмента до детали, принимаем l₀ = 10 мм;

l_В - длина вхождения метчика во вспомогательный инструмент, принимаем l_В = 45 мм.

Тогда L = 25+ 4,1 + 10 + 45 = 84 < 102 мм. Принимаем L = 102 мм по
ГОСТ 3266-81.

Длина хвостовика

l_хв = L - l₃. (39)

l_хв = 102 - 25 = 77 мм.

Расстояние l₄ от переднего торца заборной части метчика до места сварки с хвостовиком устанавливаем l₄ = l₃ + 11 = 25 + 11 = 36 мм.

Выберем геометрические параметры метчика.

Передний угол метчика выбираем г = 5⁰.

Задний угол метчика выбираем б = 3⁰ (создается путем затылования).

У метчиков с нешлифованным профилем затылование производится только по заборной части, его величина

K = рdtgб_б/z, (40)

где б_б - задний угол по периферии метчика.

K = 3,1420tg4⁰/4 = 1,1 мм.

Выбираем степень точности метчика Н3.

Определим размеры профиля резьбы.

Наружный диаметр d = 20 мм; средний диаметр d₂ = 18,7 мм; внутренний диаметр d₁ = 17,4 мм; шаг резьбы P = 2,5 + 0,010; угол профиля резьбы
б/2 = 30⁰ + 25^/.

Назначим технические требования. Шероховатость профиля резьбы, передней и задней поверхностей R_a 0,8; шероховатость хвостовика R_a 1,6; допуск заднего угла ±1⁰; допуск переднего угла ±2⁰; биение профиля относительно оси 0,02 мм.

шпиндель деталь режущий инструмент

2.2 Разработка специального измерительного инструмента

Произведём расчёт размеров калибров-скоб для вала Ш85h7. Построим схему расположения полей допусков для вала.

По нормативным данным таблицы допусков и отклонений калибров устанавливаем значения для определения исполнительных размеров калибров и контркалибров: ?_В1=7,0 мкм; у_В1=6,0 мкм; Н_к1=8,0 мкм; Н_р=3,0 мкм.

1. Определим наибольший предельный размер вала:

D_max=85+0= 85 мм.

2. Определим наименьший диаметр вала:

D_min=85-0,035= 84,965 мм.

3. Определим наименьший размер проходного калибра скобы:

ПР_с= D_max-?_В1 - Н_к1/2=85-0,007-0,008/2= 84,989 мм.

4. Определим наибольший размер непроходного размера скобы:

НЕ_с= D_min - Н_к1/2=84,965-0,008/2= 84,961 мм

5. Определим предельный размер изношенного калибра-скобы:

ПР_с=D_max+у_в1=85+0,006=85,006 мм.

6. Определим наибольший размер контркалибра К-ПР_с:

К-ПР_с= D_max-?_В1+ Н_р/2=85-0,007+0,003/2= 84,9915 мм.

7. Определим наибольший размер контркалибра К-НЕ_с:

К-НЕ_с=D_min+Н_р/2=84,965+0,003/2= 84,9635 мм.

8. Определим контрольный размер контркалибра К-И_с:

К-И_с=D_max+у_в1+Н_р/2=85+0,006+0,003/2= 85,0075 мм.

9. Построим схему расположения полей допусков калибров для вала диаметром Ш85h7.

Рисунок 16 - Схема расположения полей допусков калибров для вала диаметром Ш85h7

Заключение

Целью данного курсового проекта была разработка технологического процесса изготовления шпинделя.

В данном курсовом проекте был определен тип производства - массовое. В качестве способа получения заготовки было выбрана поковка в закрытые штампы. Для выбранного метода поковки были рассчитаны припуски на механическую обработку. Для составленной структурной схемы технологического процесса изготовления были подобраны соответствующее технологическое оборудование, режущие и измерительные инструменты.

Были также рассчитаны режимы резания для всех обрабатываемых поверхностей (для двух переходов - аналитическим методом).

Для технологического процесса изготовления шпинделя был разработан специальный режущий инструмент - метчик, а также специальный измерительный инструмент - калибр-скоба.

В данном курсовом проекте были выполнены маршрутная карта, операционные карты и карты эскизов для разработанного технологического процесса изготовления шпинделя.

Литература

1 Справочник металлиста. Т. 5 / Под ред. Б.Л. Богуславского. - М.: Машиностроение, 1997. - 673 с.

2 Казаченко В.П., Савенко А.Н., Терешко Ю.Д. Материаловедение и технология материалов. Ч III. Обработка металлов резанием: Пособие по курсовому проектированию. - Гомель: БелГУТ, 1997. - 47 с.

3 Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.

4 Металлорежущие станки: Каталог-справочник: В 8 частях. - М., 1971.

5 Петров С.В. и др. Режущий инструмент: Лабораторный практикум. - Гомель: БелГУТ, 2004. - 28 с.

6 Махаринский Е.И., Горохов В.А. Основы технологии машиностроения: Учебник. - Мн.: Выш. шк., 1997. - 423 с.

7 Горбацевич А.Ф., Алешкевич И.Л., Чеботарев В.Н. и др. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. - Мн.: Выш. шк., 1967. - 204 с.

8 Автушенко В.А. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения». Ч.I. - Гомель: БелИИЖТ, 1980. - 20 с.

9 Данилевский В.В. Технология машиностроения. - М.: Высшая школа, 1972. - 448 с.

Размещено на Allbest.ru