Технологический процесс изготовления цанги

119

Министерство образования и науки Российской Федерации

Тольяттинский государственный университет

Механико-технологическое отделение

Кафедра «Технология машиностроения»

Дипломный проект

на тему:

Технологический процесс изготовления цанги

Дипломант Сухорукова Н.А.

Тольятти 2007г.

УДК 621.9.048.6

Сухорукова Н.А. Кафедра «Технология машиностроения» ТГУ, Тольятти 2007 г. Дипломный проект на тему: «Технологический процесс изготовления цанги» Тольятти, 2007г. -., ил. 10л. формата А1.

В дипломном проекте разработан технологический процесс изготовления детали - цанга, выбраны необходимые средства технологического оснащения, рассчитаны припуски на механическую обработку, спроектирована заготовка. Произведено нормирование технологического процесса, рассчитаны и спроектированы станочное и контрольное приспособления, а так же режущий инструмент. Проведено исследование автоколебаний технологической системы на операции шлифование и проведены патентные исследования в этой области.

Разработка технологического процесса и научная работа сопровождается экономическим расчётом, отражающим правильность выбора параметров технических решений. Так же обеспечены безопасность и экологичность данного проекта.

Введение

Основу технологической подготовки производства составляет разработка оптимального технологического процесса (ТП), позволяющего обеспечить выпуск заданного количества изделий заданного качества в установленные сроки с наименьшими затратами времени и ресурсов.

Важной частью разработки ТП обработки детали является разработка технологического маршрута, т.е. определение операций ТП и последовательности их выполнения.

Цель дипломного 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.

Задачей данного проекта является обеспечение выпуска детали «Цанга» заданного качества с наименьшими затратами и минимальной трудоемкостью изготовления путем разработки оптимального технологического маршрута её механической обработки, базирующегося на современных достижениях в области станкостроения и инструментального производства, а так же провести исследования автоколебаний технологической системы на операции шлифование.

Для решения поставленных задач необходимы следующие мероприятия:

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

2. Развитие и закрепление навыков ведения самостоятельной творческой инженерной работы;

3. Овладение методикой теоретико-экспериментальных исследований технологических процессов инструментального производства;

В дипломном 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.

1. Анализ исходных данных

Задача раздела - на базе анализа технических требований к детали и годового объёма выпуска сформулировать задачи, которые необходимо решить в проекте для достижения цели, сформулированной во введении.

1.1 Анализ служебного назначения и условий работы детали

Деталь цанга VERS-GRIP (чертеж 06.М.15.46.15.01) цангового патрона, предназначена для базирования и закрепления валов-шестерён в процессе их механической обработки.

Лепестки цанги работают в условиях циклических знакопеременных нагрузках. Исполнительные поверхности цанги работают в условиях постоянного трения. Поэтому материал детали должен быть выбран с учётом того, что бы он мог подвергаться необходимой термической обработке. В то же время материал детали должен быть экономически целесообразен, т. е. иметь относительно низкую стоимость. Вышеуказанным требованиям удовлетворяет материал сталь 19ХГН по ТУ 14-1-2252-84, имеющая следующий химический состав: углерода С = 0,15…0,23 %, кремния Si = 0,1…0,2 %, марганца Mn = 0,8 … 1,0 %, хрома Cr 1,0 %, никеля Ni = 0,7…1,0 %. После цементации и закалки ув = 700 МПа, ут = 530 МПа, HRC 59…63, обрабатываемость резанием до термообработки - хорошая, Кv = 1,0 [1]. Следовательно, в качестве материала детали выбираем сталь 19ХГН.

1.2 Систематизация поверхностей детали

Целью систематизации является выявление тех поверхностей, которые имеют определяющее значение для качественного выполнения деталью своего служебного назначения. Все поверхности детали на эскизе (рис. 1.1) нумеруем и систематизируем по их назначению. Исполнительные поверхности (И), выполняющие служебные функции. Основные конструкторские базы (ОКБ), определяющие положение цанги в узле. Вспомогательные конструкторские базы (ВКБ), определяющие положение присоединяемых деталей. Технологические базы (ТБ), служащие для ориентации заготовки в процессе механической обработки. Свободные поверхности (С), не сопрягающиеся с другими деталями. Систематизация поверхностей приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Систематизация поверхностей детали

ОКБ	13; 25
ВКБ	4; 22; 27; 37
ИП	7; 19
ТБ	2, 24
С	Все остальные поверхности (см. рис 1.1)

Рис. 1.1. Эскиз детали с нумерацией поверхностей.

1.3 Анализ технологичности

Анализ технологичности конструкции цанги будем проводить по следующим группам критериев (показателей):

технологичность заготовки;

технологичность общей конфигурации детали;

технологичность базирования и закрепления;

технологичность обрабатываемых поверхностей детали.

1.3.1 Технологичность заготовки

Заготовка для детали цанга изготовлена из стали 19ХГН ТУ 14-1-2252-84. Учитывая годовую программу выпуска, а так же то, что перепад диаметральных размеров не значительный, то возможно в качестве получения исходной заготовки целесообразнее принять нарезку из сортового проката [2]. Поэтому получение заготовки данным методом не вызывает значительных затруднений.

Возможно использование унифицированной заготовки (возможность использования одинаковых заготовок для групп деталей), что тоже в свою очередь повышает технологичность заготовки. Таким образом, с точки зрения получения заготовки, деталь можно считать технологичной.

1.3.2 Технологичность общей конфигурации детали

Рабочий чертеж цанги содержит необходимую графическую и техническую информацию для полного представления её конструкции. Указаны размеры с их отклонениями от номинала, проставлена требуемая шероховатость, большинство отклонений от правильных геометрических форм. Радиусы закруглений и фаски выполняются по ГОСТ 10948-64, форма и размеры канавок - по ГОСТ 8820-69. Такая унификация упростит обработку и контроль этих элементов цанги. Нетехнологично в данной детали отверстие диаметром 4,8 мм под углом 45? к горизонту выполненное на поверхности вращения и предназначенное для фиксации цанги в патроне посредствам штифта, а так же 16 отверстий диаметром 3,2 мм выполненных на поверхности вращения в начале прорезей цанги и предназначенные для врезания инструмента. Следовательно, для обработки этих отверстий необходимо применение инструментов с удлинением, а так же применение кондукторных втулок. Эти элементы определяются исходя из конструктивных соображений, и изменить их, по-видимому, затруднительно. В остальном деталь достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, имеет хорошие базовые поверхности для первоначальных операций и довольно проста по конструкции. Все поверхности цанги доступны для контроля. Возможно применение простых средств технического оснащения. Таким образом, с точки зрения общей конфигурации детали, её можно считать технологичной.

1.3.3 Технологичность базирования и закрепления

Черновой базой для установки заготовки на 05 операции служит цилиндрическая поверхность и торец заготовки. В дальнейшем за базы могут быть приняты как наружные, так и внутренние цилиндрические поверхности. Кроме того, для повышения точности получаемых размеров подготавливаются искусственные технологические базы под вращающиеся центра. Так же для повышения точности получаемых размеров нужно придерживаться правила единства (совпадение измерительной и технологической базы) и постоянства баз (постоянство баз на всех операциях). Точность и шероховатость используемых баз обеспечит требуемую точность обработки. Таким образом, с точки зрения базирования и закрепления, деталь следует считать технологичной.

1.3.4 Технологичность обрабатываемых поверхностей

Для получения контура детали предполагается обработать все поверхности детали, т.к. заданные точность и шероховатость не позволяют получить их на заготовительных операциях. Всего обрабатывается 47 поверхностей разной конфигурации. То есть, даже при полной обработке число обрабатываемых поверхностей относительно невелико. Протяжённость обрабатываемых поверхностей небольшая. Точность и шероховатость рабочих поверхностей определяются условиями работы цанги. Поверхности различного назначения разделены, что облегчает их обработку. Таким образом, с точки зрения обрабатываемых поверхностей деталь следует считать технологичной.

Поскольку деталь «Цанга» отвечает требованиям технологичности по всем 4 группам критериев, можно сделать вывод о её достаточно высокой степени технологичности.

1.4 Формулировка задач дипломного проектирования

В результате анализа исходных данных можно сформулировать следующие задачи дипломного проектирования, решить которые необходимо для достижения цели работы, сформулированной во введении - обеспечить заданный выпуск деталей «Цанги» заданного качества с наименьшими затратами путём разработки технологического процесса (ТП) её механической обработки:

1) определить тип производства и выбрать стратегию разработки ТП;

2) выбрать оптимальный метод получения заготовки и маршруты обработки поверхностей;

3) разработать технологический маршрут, выбрать схемы базирования заготовки и составить план обработки;

4) выбрать средства технологического оснащения (СТО) оборудование, приспособления, режущие инструменты, средства контроля;

5) рассчитать припуски на обработку и спроектировать заготовку;

6) разработать технологические операции - определить их содержание, рассчитать режимы резания и нормы времени;

7) спроектировать станочное приспособление;

8) спроектировать контрольное приспособление;

9) спроектировать режущий инструмент;

10) исследовать автоколебания технологической системы на операции шлифование;

11) провести патентные исследования в данной области науки;

12) оценить безопасность и экологичность проекта;

13) оценить экономическую эффективность проекта;

Решению этих задач посвящены следующие разделы работы.

2. Выбор стратегии разработки ТП

Задача раздела - в зависимости от характеристики детали и годового объёма выпуска определить тип производства и на его базе выбрать оптимальную стратегию разработки технологического процесса - принципиальный поход к определению его составляющих (показателей ТП), способствующий обеспечению заданного выпуска деталей заданного качества с наименьшими затратами.

Тип производства - мелкосерийное - определен по таблице 2.1 [3] с учётом того, что годовой объём выпуска составляет 500 штук и масса детали до 8 кг. Согласно рекомендациям [3] [4] принимаем стратегию разработки ТП, которая приведена в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Стратегия разработки ТП

Показатель ТП.	Тип производства
	мелкосерийное
1. Форма организации ТП	Групповая
2. Повторяемость изделий	Периодическое повторение партий
3. Унификация ТП	Преимущественное использование типовых ТП
4. Вид стратегии разработки ТП	Последовательная, линейная, жесткая
5. Заготовка	прокат, литьё в землю, свободная ковка
6. Припуск на обработку	Незначительный плюс напуски
7. Расчёт припусков	Укрупнённый по таблицам
8. Оборудование	Универсальное
9. Загрузка оборудования	Периодическая смена деталей на станках
10. Коэфф-т закрепления операций	Свыше 1 до 40
11. Расстановка оборудования	По типам и размерам
12. Настройка станков	По измерительным инструментам и приборам, работа по промерам
13. Оснастка	Универсальная и специальная
14. Подробность разработки	Операционные и маршрутные карты
15. Расчёт режимов резания	По отраслевым нормативам и эмпирическим формулам.
16. Нормирование	Детальное пооперационное.
17. Квалификация рабочих	Различная
18. Использование достижений науки	Значительное

Принятой стратегией мы будем руководствоваться при разработке ТП, разделы 3 - 7.

3. Выбор метода получения заготовки и маршрутов обработки поверхностей

Задача раздела -- выбрать методы получения заготовки и маршруты обработки поверхностей детали таким образом, чтобы обеспечить минимум суммарных затрат на получение заготовки и ее обработку.

3.1 Выбор метода получения заготовки

По таблице 3.2. [3] определяем, что для детали типа «Вал» простой сложности изготовленной из стали для мелкосерийного производства целесообразно применять следующие методы получения заготовок: литьё в землю и сортовой прокат. Квалитеты точности, обеспечиваемые каждым из методов, приведены в таблице 3.1 [3].

Для окончательного выбора метода получения заготовки выполним сравнительный экономический анализ характерных методов получения заготовки.

С учётом рекомендаций [5] [6] назначаем табличные припуски в соответствии с конкретным методом получения заготовки. Припуски на поверхности заготовки, полученной методом литья, назначаем в соответствии с ГОСТом 26645-85 [7]. Эскиз заготовки полученной методом литья в землю представлен на рисунке 3.1.



Рис. 3.1. Эскиз заготовки полученной методом литья в землю

Подсчитаем приблизительную массу заготовки, полученной методом литья в землю, разбив её на простые геометрические фигуры.

Таким образом:

где VЛЗ - объем заготовки, полученной литьём в землю.

Масса литой заготовки равна

, (3.1)

где mЛЗ - масса заготовки, полученной литьём в землю; сс - плотность стали равная 7800 кг/м3.

Припуски и напуски на поверхности заготовки, полученной методом резки из сортового проката, назначаем в соответствии с ГОСТом 2590-71 [8]. Эскиз заготовки полученной методом резки из сортового проката представлен на рисунке 3.2.



Рис. 3.2. Эскиз заготовки полученной методом резки из сортового проката

Подсчитаем приблизительную массу заготовки, полученной методом резки из сортового проката.

Таким образом:

,

где VСП - объем заготовки, полученной методом резки из сортового проката.

Масса заготовки равна

, (3.2)

где mСП - масса заготовки, полученной методом резки из сортового проката; сс - плотность стали равная 7800 кг/м3.

Подсчитаем приблизительную массу готовой детали, разбив её на простые геометрические фигуры.

Таким образом:

где VД - объем готовой детали.

Масса детали равна

, (3.3)

где mД - масса готовой детали; сс - плотность стали равная 7800 кг/м3.

Коэффициент использования материала для мелкосерийного производства должен быть равен не менее 0,5. Найдём данный коэффициент и проанализируем, насколько рационально используется материал.

.

Проведём экономический анализ для двух данных методов получения заготовки.

Стоимость заготовки получаемой методом литья в землю рассчитывают по формуле [4]:

(3.4)

где Сi - базовая стоимость одной тонны заготовок Сi = 171 у.е; kт, kс, kв, kм, kп - коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объёма производства заготовок kт = 1, kс = 1, kв = 1, kм = = 1,93, kп = 1; Q - масса заготовки, кг; q - масса готовой детали, кг; Sотх - цена одной тонны отходов Sотх = 22,6 у.е.

Стоимость заготовки получаемой методом резки из сортового проката рассчитывают по формуле [4]:

 (3.5)

где М - затраты на материал заготовки, у.е; Со.з - технологическая себестоимость операций правки, калибрования прутков, разрезки их на штучные заготовки:

(3.6)

где Сп.з - приведенные затраты на рабочем месте Сп.з = 211 у.е; Тшт(ш-к) - штучное или штучно-калькуляционное время выполнения заготовительной операции (правки, калибрования, резки и др.) Тшт(ш-к) = 1 мин.

Затраты на материал определяются по массе проката, требующегося на изготовление детали, и массе сдаваемой стружки. При этом необходимо учитывать стандартную длину прутков и отходы в результате не кратности длины заготовок этой стандартной длине:

(3.7)

где Q - масса заготовки, кг; q - масса готовой детали, кг; S - цена 1 кг материала заготовки S = 0,171 у.е; Sотх - цена одной тонны отходов Sотх = 22,6 у.е. Таким образом:

Экономический годовой эффект равен:

Ээ = (Sзаг1 - Sзаг2)*N = (0,76 - 0,535)*500 = 113 у.е, (3.8)

где N - объём выпуска в год, шт; Sзаг1, Sзаг2 - стоимость сопоставляемых заготовок, у.е.

На основе проведённого экономического расчета, а так же исходя из рационального применения материала, выбираем наиболее целесообразный метод получения заготовки. Таким является метод резки из сортового проката.

3.2 Выбор маршрутов обработки поверхностей

Методы обработки и их последовательность назначаем в соответствии с рекомендациями [3] [4], в зависимости от заданного квалитета точности и шероховатости поверхности. При выборе оптимального маршрута обработки отдают предпочтение варианту с наименьшим суммарным коэффициентом трудоёмкости. Наиболее предпочтительный маршрут обработки поверхностей данной детали представлен в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Маршруты обработки поверхностей

№ поверхности	Квалитет точности	Шероховатость Ra.	Маршрут обработки	Коэффициент трудоёмкости
1	8	1,25	Ф, Тч, ТО	2,2
2	8	0,2	Рч, ТО, Ш	3,9
3	10	5	Тч, ТО	1,2
4	8	0,8	Т, Тч, ТО, Ш	3,1
5	10	5	Тч, ТО	1,2
6	10	5	Т, Тч, ТО	2,2
7	6	0,32	Т, Тч, ТО, Ш, Шч	4,3
8	10	5	Т, Тч, Мд	2,2
9	10	5	Тч, Мд	1,2
10	10	5	Т, Тч, Мд	2,2
11	10	5	Тч, Мд	1,2
12	10	5	Т, Тч, Мд	2,2
13	6	0,32	Т, Тч, ТО, Ш, Шч	4,3
14	10	5	Т, Тч, Мд	2,2
15	10	5	Тч, Мд	1,2
16	10	5	Т, Тч, Мд	2,2
17	10	5	Тч, Мд	1,2
18	10	5	Т, Тч, Мд	2,2
19	6	0,32	Т, Тч, ТО, Ш, Шч	4,3
20	10	5	Т, Тч, ТО	2,2
21	10	5	Тч, ТО	1,2
22	8	0,8	Т, Тч, ТО, Ш	3,1
23	10	5	Тч, ТО	1,2
24	7	0,2	Рч, ТО, Ш	3,9
25	8	1,25	Ф, Тч, ТО	2,2
26	10	5	Ф, ТО	1
27	6	0,32	Р, Рч, ТО, Ш, Шч	7,9
28	10	5	Рч, Мд	1,4
29	10	5	Р, Рч, Мд	2,4
30	10	5	Р, Рч, Мд	2,4
31	12	12,5	С, Мд	1,2
32	10	5	Рч, Мд	1,4
33	10	5	Р, Рч, Мд	2,4
34	10	5	Рч, Мд	1,4
35	10	5	Р, Рч, Мд	2,4
36	10	5	Рч, ТО	1,4
37	6	0,32	Р, Рч, ТО, Ш, Шч	7,9
38	10	5	Р, Рч, ТО	2,4
39	10	5	Р, Рч, ТО	2,4
40	10	6,3	Ф, ТО	1
41	10	5	С, ТО	1,2
42	10	5	С, ТО	1,2
43	10	5	Ф, ТО	1
44	10	5	Ф, ТО	1
45	10	5	Ф, ТО	1
46	10	6,3	Ф, ТО	1
47	12	12,5	С, Мд	1,2
Суммарный коэффициент трудоёмкости	105,1

В таблице 3.1 обозначено: Т - точение черновое; Тч - точение чистовое; ТО - термообработка (цементация, закалка и отпуск); Мд - меднение (покрытие поверхности медью); Ш - шлифование предварительное; Шч - шлифование чистовое; С - сверление; Р - растачивание черновое; Рч - растачивание чистовое; Ф - фрезерование.

4. Разработка технологического маршрута и схем базирования

Задача раздела - разработать оптимальный технологический маршрут, т.е. такую последовательность операций, которая обеспечит получение из заготовки готовой детали с наименьшими затратами. При этом необходимо разработать такие схемы базирования заготовки на каждой операции, которые обеспечивают минимальную погрешность обработки.

4.1 Разработка технологического маршрута

При разработке технологического маршрута будем руководствоваться рекомендациями 3, согласно которым:

1) Содержание операций будем планировать по принципу концентрации переходов. Это позволит обрабатывать с одного установа максимальное количество поверхностей, что повысит производительность и точность обработки;

2) На первых операциях будем обрабатывать поверхности заготовки, которые на последующих операциях будут использоваться в качестве технологических баз. Такими поверхностями являются торцы цанги, поверхности 1 и 25, а так же наружные и внутренние цилиндрические поверхности 4, 22, 27 и 39;

3) Черновые базы исходной заготовки использовать для базирования только на одной установке;

4) Точные поверхности окончательно обрабатывать в конце ТП;

5) Весь ТП разделим на две части: обработка лезвийным инструментом до термообработки и обработка преимущественно абразивным инструментом после термообработки. При обработке лезвийным инструментом следует сформировать контур детали, просверлить отверстие (поверхность 51), подрезать торцы 1, 6, 8, 12, 14, 18, 20, 25, 29, 35, 38. Обточить и расточить все цилиндрические поверхности цанги. Расточить и проточить все канавки и фаски, просверлить отверстия 31, 41, 42, 47. Фрезеровать 16 прорезей (поверхности 40 и 46), а так же поверхности 26, 43, 44, 45. После лезвийной обработки провести термическую обработку согласно рекомендациям [10], [11] при этом, следует предохранить от термообработки поверхно8сти 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 47, предварительно покрыв их медью. После термообработки шлифовать центра (поверхности 2, 24). Шлифовать поверхности 4, 7, 13, 19, 22, 27, 37. Шлифовать начисто поверхности 7, 13, 19, 27, 37. Далее промыть готовую деталь и отправить на контроль.

Технологический маршрут оформим в виде таблицы, и будем разрабатывать его в следующей последовательности:

1) В первую графу таблицы 4.1 выписываем номера операций числами кратными 5;

2) Во вторую графу таблицы 4.1 вписываем название и марку оборудования;

3) В третью графу таблицы 4.1 заносим название операции исходя из выбранного оборудования;

4) Анализируем маршрут на предмет возможного объединения или разделения операций. Считаем целесообразным, объединить фрезерование пазов (поверхности 26, 43, 44, 45) в одну операцию. Есть смысл объединить сверление восьми отверстий 31, восьми отверстий 47 и двух отверстий 41, 42 в одну операцию.

5) В четвёртую графу записываем номера обрабатываемых поверхностей.

Таблица 4.1

Технологический маршрут

№ операции	Название и марка оборудования	Название операции	Обрабатываемые поверхности
00 Заготовительная	-	Заготовительная	1, 25, 48
05 Токарная (черновая)	16К20 токарно-винторезный	Токарная (черновая)	1, 25, 49, 50
10 Токарная (черновая)	16К20 токарно-винторезный	Токарная (черновая)	13, 14, 16, 18, 19, 20, 22, 27, 29, 30, 33, 35, 37, 38, 39, 51
15 Токарная (чистовая)	16К20Ф3 токарно-винторезный с ЧПУ	Токарная (чистовая)	4, 6, 7, 8, 10, 12
20 Токарная (чистовая)	16К20Ф3 токарно-винторезный с ЧПУ	Токарная (чистовая)	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
25 Сверлильная	2Н118 вертикально-сверлильный	Сверлильная	13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 27, 28, 29, 30, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39
30 Сверлильная	2Н118 вертикально-сверлильный	Сверлильная	26, 43, 44, 45
35 Фрезерная	6Р80Г вертикально-фрезерный	Фрезерная	31, 41, 42, 47
40 Внутришлифова- льная	3К227В внутришлифовальный	Шлифовальная	40, 46
45 Торце-круглошлифо-вальная	3Б153Т Торце-круглошлифовальный	Шлифовальная	10
50 Моечная	Однокамерная моечная машина	Моечная	Все поверхности
55 Контрольная	Контрольный стол	Контрольная	Все поверхности

4.2 Разработка схем базирования

Разработка схем базирования оформляется в виде таблицы (план обработки детали 04.М15.006.010), которая содержит 4 столбца. В первый столбец заносятся номер и название операции. Во второй столбец заносят марку и название оборудования. В третьем столбце выполняется операционный эскиз, на котором изображается деталь в том виде, который она приобретает в процессе обработки на данной операции. На эскизе проставляются операционные размеры, шероховатость и т. д. В четвёртом столбце проставляются технические требования (допуски на получаемый размер, отклонения расположения).

На первой операции 05 токарной (черновая) в качестве технологических баз используем черновые базы, указанные на заготовительной операции 00,- торец 700 и наклонная цилиндрическая поверхность 600 (такая схема базирования материализуется с помощью трёхкулачкового самоцентрирующего патрона). Здесь и далее индекс около номера поверхности обозначает номер операции, на которой она получена. Индекс 00 относится к заготовительной операции.

На операции 10 токарной (черновой), в качестве двойной опорной базы используем центровую ось. В качестве опорной базы примем внутреннюю цилиндрическую поверхность 1105. В качестве установочной базы примем торец 305, (такая схема базирования материализуется с помощью цангового патрона).

На операции 15 токарной (чистовой), в качестве двойной опорной базы используем центровую ось. В качестве опорной базы примем внутреннюю цилиндрическую поверхность 2010. В качестве установочной базы примем торец 710, (такая схема базирования материализуется с помощью цангового патрона).

На операции 20 токарной (чистовой), в качестве двойной опорной базы используем центровую ось. В качестве опорной базы примем внутреннюю цилиндрическую поверхность 1115. В качестве установочной базы примем торец 315, (такая схема базирования материализуется с помощью цангового патрона).

На операции 25 сверлильной в качестве двойной опорной базы используем центровую ось. В качестве опорной базы примем внутреннюю цилиндрическую поверхность 1115. В качестве установочной базы примем торец 315, (такая схема базирования материализуется с помощью цангового патрона).

На операции 30 сверлильной в качестве двойной опорной базы используем центровую ось. В качестве опорной базы примем внутреннюю цилиндрическую поверхность 2020. В качестве установочной базы примем торец 720, (такая схема базирования материализуется с помощью цангового патрона).

На операции 40 фрезерной в качестве двойной опорной базы используем центровую ось. В качестве опорной базы примем внутреннюю цилиндрическую поверхность 2020. В качестве установочной базы примем торец 720, (такая схема базирования материализуется с помощью цангового патрона).

На операции 45 внутришлифовальной в качестве двойной опорной базы используем центровую ось. В качестве опорной базы примем внутреннюю цилиндрическую поверхность 2020. В качестве установочной базы примем торец 720, (такая схема базирования материализуется с помощью цангового патрона).

На операции 50 торцекруглошлифовальной в качестве двойной опорной базы используем центровую ось. В качестве опорной базы примем внутреннюю цилиндрическую поверхность 1115. В качестве установочной базы примем торец 315, (такая схема базирования материализуется с помощью цангового патрона).

Принятые схемы базирования обеспечивают нулевую или минимальную погрешность базирования при обработке.

Теоретические схемы базирования приведены в графе 3 таблицы «План обработки» 07.М15.006.010.

5. Выбор средств технологического оснащения

Задача раздела - выбрать для каждой операции ТП такие оборудование, приспособления, режущий инструмент (РИ) и средства контроля, которые бы обеспечили минимальные затраты на обработку при безусловном выполнении требований к качеству обработки, заданных чертежом детали.

5.1 Выбор оборудования

При выборе типа и модели металлорежущих станков будем руководствоваться следующими правилами 1:

1) Производительность, точность, габариты, мощность станка должны быть минимальными достаточными для того, чтобы обеспечить выполнение требований предъявленных к операции.

2) Станок должен обеспечить максимальную концентрацию переходов на операции в целях уменьшения числа операций, количества оборудования, повышения производительности и точности за счет уменьшения числа перестановок заготовки.

3) В случае недостаточной загрузки станка его технические характеристики должны позволять обрабатывать другие детали, выпускаемые данным цехом, участком.

4) Оборудование не должно быть дефицитным, следует отдавать предпочтение отечественным станкам.

5) В среднесерийном производстве следует применять преимущественно универсальные станки, револьверные станки, станки с ЧПУ, многошпиндельные полуавтоматы. На каждом станке в месяц должно выполняться не более 40 операций при смене деталей по определенной закономерности.

6) Оборудование должно отвечать требованиям безопасности, эргономики и экологии.

Если для какой-то операции этим требованиям удовлетворяет несколько моделей станков, то для окончательного выбора будем проводить сравнительный экономический анализ.

Выбор оборудования проводим в следующей последовательности:

1) Исходя из формы обрабатываемой поверхности и метода обработки, выбираем группу станков.

2) Исходя из положения обрабатываемой поверхности, выбираем тип станка.

3) Исходя из габаритных размеров заготовки, размеров обработанных поверхностей и точности обработки выбираем типоразмер (модель) станка.

Данные по выбору оборудования заносим в таблицу 5.

5.2 Выбор приспособлений

При выборе приспособлений будем руководствоваться следующими правилами 1:

1)Приспособление должно обеспечивать материализацию теоретической схемы базирования на каждой операции с помощью опорных и установочных элементов.

2)Приспособление должно обеспечивать надежные закрепление заготовки при обработке.

3)Приспособление должно быть быстродействующим и удобным в эксплуатации.

4)Зажим заготовки должен осуществляться, как правило, автоматически.

5)Следует отдавать предпочтение стандартным, нормализованным, универсально-сборным приспособлениям, и только при их отсутствии проектировать специальные приспособления.

Исходя из типа и модели станка и метода обработки, выбираем тип приспособления.

Выбор приспособления будем производить в следующем порядке:

1) Исходя из теоретической схемы базирования и формы базовых поверхностей, выбираем вид и форму опорных, зажимных и установочных элементов.

2) Исходя из расположения базовых поверхностей и их состояния (точность, шероховатость), формы заготовки и расположения обрабатываемых поверхностей выбираем конструкцию приспособлений.

3) Исходя из габаритов заготовки и размеров базовых поверхностей, выбираем типоразмер приспособления.

Данные по выбору приспособлений заносим в таблицу 5.

5.3 Выбор режущего инструмента

При выборе РИ будем руководствоваться следующими правилами:

Выбор инструментального материала определяется требованиями, с одной стороны, максимальной стойкости, а с другой минимальной стоимости.

Следует отдавать предпочтение стандартным и нормализованным инструментам. Специальный инструмент следует проектировать в крупносерийном и массовом производстве, выполнив предварительно сравнительный экономический анализ.

При проектировании специального режущего инструмента следует руководствоваться рекомендациями по совершенствованию РИ.

Выбор режущего инструмента (РИ) будем производить в следующем порядке:

Исходя из типа и модели станка, расположения обрабатываемых поверхностей и метода обработки, определяем вид РИ.

Исходя из марки обрабатываемого материала, его состояния и состояния поверхности, выбираем марку инструментального материала.

Исходя из формы обрабатываемой поверхности, назначаем геометрические параметры режущей части (форма передней поверхности, углы заточки: g, a, j, j1, l; радиус при вершине).

Исходя из размеров обрабатываемой поверхности, выбираем конструкцию инструмента, его типоразмер и назначаем период стойкости Т.

Данные по выбору РИ заносим в таблицу 5.

5.4 Выбор средств контроля

При выборе средств контроля будем руководствоваться следующими правилами 1:

Точность измерительных инструментов и приспособлений должна быть существенно выше точности измеряемого размера, однако неоправданное повышение точности ведет к резкому удорожанию.

В единичном и мелкосерийном производстве следует применять инструменты общего назначения: штангенциркули, микрометры, длинномеры и т.д.

В крупносерийном производстве - специальные инструменты.

Следует отдавать предпочтение стандартным и нормализованным средствам контроля.

Данные по выбору средств контроля заносим в таблицу 5.

Результаты выбора средств технологического оснащения заносим в таблицу 5.

Таблица 5. (Выбор средств технологического оснащения)

№ и название операции.	Марка и название оборудования	Приспособление	Режущий инструмент	Средства контроля
00 Заготовительная	-	-	-	Твердомер
05 Токарная (черновая)	16К20 токарно-винторезный	3-х кулачковый самоцентрирующий патрон Ш 260 ГОСТ2675-80	Резец прохо- дной 16*16 Т15К6 ц=45? ГОСТ18868-73 Резец расточной Т15К6 ц=60? ГОСТ6743-61	Шц1(0-320мм) ГОСТ166-63
10 Токарная (черновая)	16К20 токарно-винторезный	Разжимной цанговый патрон ГОСТ 2831-63	Резец прохо- дной 16*16 Т15К6 ц=45? ГОСТ18868-73 Резец расточной Т15К6 ц=60? ГОСТ6743-61	Шц1(0-320мм) ГОСТ166-63
15 Токарная (чистовая)	16К20Ф3 токарно-винторезный с ЧПУ	Разжимной цанговый патрон ГОСТ 2831-63	Резец вставка 16*16 Т15К6 ц=45? ГОСТ10043-62 Резец расточной Т15К6 ц=60? ГОСТ18868-73	Шц1(0-320мм) ГОСТ166-80
20 Токарная (чистовая)	16К20Ф3 токарно-винторезный с ЧПУ	Разжимной цанговый патрон ГОСТ 2831-63	Резец вставка 16*16 Т15К6 ц=45? ГОСТ10043-62 Резец расточной Т15К6 ц=60? ГОСТ618898-73	Шц1(0-320мм) ГОСТ166-80
25 Сверлильная	2Н118 вертикально-сверлильный	Приспособление специальное	Сверло-зенкер ВК8 ГОСТ12122-66 Сверло-развёртка ВК8 ГОСТ10903-77	Шц1(0-125мм) ГОСТ166-80
30 Сверлильная	2Н118 вертикально-сверлильный	Приспособление специальное, кондукторная втулкаГОСТ4922-61	Спиральное сверло Т15К6 ГОСТ10902-64	Шц1(0-125мм) ГОСТ166-80
35 Фрезерная	6Р80Г вертикально-фрезерный	Приспособление специальное	Концевая фреза Т15К6 ГОСТ8237-57	Шц1(0-125мм) ГОСТ166-80 Шг1(0-64мм) ГОСТ162-64
40 Внутришлифова- льная	3К227В внутришлифовальный	Разжимной цанговый патрон ГОСТ 2831-63	Круг шлифовальный КЧЭ25СМ2К ГОСТ9206-70	Микро- метр нутромер ГОСТ10-58
45 Торце-круглошлифо-вальная	3Б153Т Торце-круглошлифовальный	Разжимной цанговый патрон ГОСТ 2831-63	Круг шлифовальный КЧЭ25СМ2К ГОСТ16167-70	Микро- метр (0-300мм) ГОСТ6507-60
50 Моечная	Однокамерная моечная машина	-	-	-
55 Контрольная	Контрольный стол	-	-	Все необходимые средства контроля.

6. Расчёт припусков на обработку

Задача раздела определить припуски на обработку одной самой точной поверхности детали и сравнить её размер с ранее выбранными припусками на обработку.

Расчёт припусков состоит в определении толщины слоя материала, удаляемого в процессе обработки заготовки. Припуск должен быть минимальным, чтобы уменьшить количество снимаемого материала и расходы на обработку, и в то же время достаточным, чтобы исключить появление на обработанной поверхности дефектов (шероховатость, чернота, отбеленный слой и т. п.) черновых операций.

Припуск на самую точную поверхность 11 60К6 рассчитаем аналитическим методом по переходам [4]. Результаты расчета будем заносить в таблицу 6.

1) В графы 1 и 2 заносим номера и содержание переходов по порядку, начиная с получения заготовки и кончая окончательной обработкой; заготовительной операции присваиваем № 0.

2) В графу 3 записываем квалитет точности, получаемый на каждом переходе. По табл. 1.2. [2] определяем величину Td допуска для каждого квалитета и записываем в графу 4.

3) Для каждого перехода определяем составляющие припуска.

По таблице 6.1 и 6.2 [2] определяем суммарную величину, а = hд + Rz, где Rz - высота неровностей профиля мм, hд - глубина дефектного слоя мм. Значение а заносим в графу 5 таблицы 6.

По формуле = 0,25Td [2] определяем суммарное отклонение формы и расположения поверхностей после обработки на каждом переходе. Значение заносим в графу 6 таблицы 6.

Погрешность установки заготовки в приспособлении на каждом переходе равна 0, так как совпадают измерительная и технологическая базы [2]. Значение заносим в графу 7 таблицы 6. Для переходов 0 и в графе 7 делаем прочерк.

4) Определяем предельные значения припусков на обработку для каждого перехода, кроме 0.

Минимальное значение припуска определяем по формуле [2]:

Zi min = ai-1 +

Здесь и далее индекс i относится к данному переходу, i-1 - к предыдущему переходу, i+1 - к последующему переходу.

Z1 min = а0 + = 0,3 + = 0,43 мм.

Z2 min = а1 + = 0,05 + = 0,125 мм.

Z3 min = а2 + = 0,05 + = 0,08 мм.

Z4 min = а3 + = 0,05 + = 0,0615 мм.

Z5 min = а4 + = 0,05 + = 0,05475 мм.

Определим расчётный максимальный размер Dр для каждого перехода по формуле [2]:



Значения Dmaxp заносят в графу 8 таблицы 6.

Округлим значение Dp для каждого перехода до того же знака десятичной дроби, с каким задан допуск на размер для этого перехода, в сторону уменьшения.

Округлённые значения Dр заносят в графу 9 таблицы 6.

Определим минимальный размер для каждого перехода по формуле [2]:

Минимальное значение размера заносим в графу 10 таблицы 6.

Максимальное значение припуска определяем по формуле [2]:

Минимальное значение припуска на диаметр:

Значение 2Zmin и 2Zmax заносим в графы 11 и 12 таблицы 6. В строке, соответствующей переходу 0, делаем прочерк.

Определяем общий припуск на обработку Z0, суммируя промежуточные припуски:

Значение Z0max и Z0min заносим в строку 7 таблицы 6.

Проверим правильность расчётов по формулам:

где Tdзаг - допуск на размер заготовки; Tdдет - допуск на размер готовой детали.

Проверка сходится, следовательно припуски рассчитаны верно.

Таблица 6. (Расчёт припусков на обработку)

№	Содерж.	JT	Td	б	е	Д	Dр	Dmin	2 Zmin	2 Zmax
00	Заг.	14	0,520	0,30	0	0,130	58,497	57,977	-	-
01	Ток. (черн.)	12	0,300	0,05	0	0,075	59,357	59,057	0,86	1,08
02	Ток. (чис.)	10	0,120	0,05	0	0,030	59,607	59,487	0,25	0,43
03	Шлифовальная	8	0,046	0,05	0	0,0115	59,767	59,721	0,16	0,234
04	Шлифовальная (чис.)	6	0,019	0,05	0	0,0047	59,890	59,871	0,12	0,15
2Z0min	1,393	2Z0max	1,894

7. Разработка технологических операций

Задача раздела определить содержание операций ТП, рассчитать режимы резания, и нормы времени на две операции.

7.1 Определение режимов резания

Режим резания это сочетание глубины резания, подачи и скорости резания.

Наша задача состоит в том, чтобы найти возможное единственное сочетание элементов режима резания, которое обеспечивает экстремальное значение критериев оптимальности (например, минимальная себестоимость).

1) Рассчитаем режимы резания на операцию 25 сверлильную.

Для выбранной операции - сверлильная - применим таблично - аналитический метод определения режимов резания [4].

Данную операцию выполним за два перехода сверление отверстий 4 сверлом - зенкером, сверление отверстия 8 сверлом-развёрткой.

Разработку режима резания при сверлении начинают с установления характеристики инструмента. Для сверления отверстий 4 и 8 выберем материал сверл ВК 8 ГОСТ 6647-64 [4].

Основные параметры резания при сверлении:

Переход 1

- глубина резания t = 0,5D = 0,5*12 = 6мм где D диаметр просверливаемого отверстия.

- подача S = 0,42мм/об выбираем по таблице [4]

- скорость резания

где Сх - постоянная величина для определённых условий обработки (выбирают по таблице [4]); Т - период стойкости инструмента; t - глубина резания; S - подача; xх, yх, qх, m - показатели степени (выбирают по таблице [4]); Kх - поправочный коэффициент на скорость резания равный:

Kх = Км х*Кu х*Кl х = 0,83*0,83*1 = 0,689

где Км х = - коэффициент на качество обрабатываемого материала; Кuх =083 - коэффициент на инструментальный материал; Кl х = 1 коэффициент учитывающий глубину просверливаемого отверстия.

- крутящий момент и осевая сила

где См и Ср - - постоянная величина для определённых условий обработки (выбирают по таблице [4]); yм, qм, yр, qр np - показатели степени (выбирают по таблице [4]); Кр - коэффициент учитывающий механические свойства обрабатываемого материала:

Кр =

- мощность резания

- частота вращения инструмента

по паспорту станка принимаем S = 0,40 мм/об и n = 1020 об/мин. Станок по мощности проходит.

Переход 2

- глубина резания t = 0,5D = 0,5*5 = 2,5мм где D диаметр просверливаемого отверстия.

- подача S = 0,22 мм/об выбираем по таблице [4]

- скорость резания

где Сх - постоянная величина для определённых условий обработки (выбирают по таблице [4]); Т - период стойкости инструмента; t - глубина резания; S - подача; xх, yх, qх, m - показатели степени (выбирают по таблице [4]); Kх - поправочный коэффициент на скорость резания равный:

Kх = Км х*Кu х*Кl х = 0,83*0,83*1 = 0,689

где Км х = - коэффициент на качество обрабатываемого материала; Кuх =083 - коэффициент на инструментальный материал; Кl х = 1 коэффициент учитывающий глубину просверливаемого отверстия.

- крутящий момент и осевая сила

где См и Ср - - постоянная величина для определённых условий обработки (выбирают по таблице [4]); yм, qм, yр, qр np - показатели степени (выбирают по таблице [4]); Кр - коэффициент учитывающий механические свойства обрабатываемого материала:

Кр =

- мощность резания

- частота вращения инструмента

по паспорту станка принимаем S = 0,20 мм/об и n = 2000 об/мин. Станок по мощности проходит.

2) Рассчитаем режимы резания на операцию 20 токарную (чистовую).

Для выбранной операции - токарная - применим таблично - аналитический метод определения режимов резания [4].

Данную операцию выполним за два перехода подрезка торца 7 - расточным резцом, растачивание отверстия 19, 20 расточным резцом и растачивание канавки 21 фасонным расточным резцом. Разработку режима резания при точении начинают с установления характеристики инструмента. Для резцов выберем материал Т15К6

Переход 1

- глубина резания t = 0,5D = 0,5*5 = 2 мм

- подача S = 0,4 мм/об выбираем по таблице [4]

- скорость резания

где Сх - постоянная величина для определённых условий обработки (выбирают по таблице [4]); Т - период стойкости инструмента; t - глубина резания; S - подача; xх, yх, m - показатели степени (выбирают по таблице [4]); Kх - поправочный коэффициент на скорость резания равный:

Kх = Км х*Кn х*Кu х*Кц х* Ко х = 0,83*0,8*0,83*0,9*1 = 0,55

где Км х = - коэффициент на качество обрабатываемого материала; Кn х = 0,8 - состояние поверхности заготовки; Кuх = 0,83 - коэффициент на инструментальный материал; Кц х= 0,9 - параметры резца; главный угол в плане; Ко х= 1-вид обработки.

- частота вращения заготовки



по паспорту станка принимаем S = 0,4 мм/об и n = 800 об/мин.

Переход 2

- глубина резания t = 4 мм

- подача S = 0,3 мм/об выбираем по таблице [4]

- скорость резания

где Сх - постоянная величина для определённых условий обработки (выбирают по таблице [4]); Т - период стойкости инструмента; t - глубина резания; S - подача; yх, m - показатели степени (выбирают по таблице [4]); Kх - поправочный коэффициент на скорость резания равный:

Kх = Км х*Кn х*Кu х*Кц х* Ко х = 0,83*0,8*0,83*0,9*1,24 = 0,62

где Км х = - коэффициент на качество обрабатываемого материала; Кn х = 0,8 - состояние поверхности заготовки; Кuх = 0,83 - коэффициент на инструментальный материал; Кц х= 0,9 - параметры резца; главный угол в плане; Ко х= 1,24-вид обработки.

- частота вращения заготовки

по паспорту станка принимаем S = 0,3 мм/об и n = 600 об/мин.

7.2 Расчет норм времени

Нормирование ТП - это установление технически обоснованных норм времени на обработку детали. Норма времени - регламентированное время выполнения заданного объема работ в определенных условиях исполнителем заданной квалификации.

В нашем случае следует рассчитать нормы времени на операции 25 сверлильной и операции 20 токарной.

25 Сверлильная.

1 Переход

Основное время То - время непосредственно на обработку, определяется исходя из схемы обработки [2]:

То = 0,52*d*l = 0,52*12*14 = 0,087 мин.

где d - диаметр обрабатываемого отверстия; l - длина обрабатываемого отверстия.

Тв - вспомогательное время на установку и снятие заготовки, управление станком, контроль размеров определяется по [1]. Тв = 1,05 мин.

2 Переход

Основное время То - время непосредственно на обработку, определяется исходя из схемы обработки [2]:

То = 0,52*d*l = 0,52*6*14 = 0,044 мин.

где d - диаметр обрабатываемого отверстия; l - длина обрабатываемого отверстия.

Тв - вспомогательное время на установку и снятие заготовки, управление станком, контроль размеров определяется по [1]. Тв = 0,17 мин.

20 Токарная

1 Переход

Основное время То - время непосредственно на обработку, определяется исходя из схемы обработки [2]:

То = 0,18*d*l = 0,18*30*12 = 0,065 мин.

где d - диаметр обрабатываемого отверстия; l - длина обрабатываемого отверстия.

Тв - вспомогательное время на установку и снятие заготовки, управление станком, контроль размеров определяется по [1]. Тв = 0,8 мин.

2 Переход

Основное время То - время непосредственно на обработку, определяется исходя из схемы обработки [2]:

То = 0,63*(D2 - d2) = 0,63*(502-302) = 1 мин.

где d - диаметр обрабатываемого отверстия; l - длина обрабатываемого отверстия.

Тв - вспомогательное время на установку и снятие заготовки, управление станком, контроль размеров определяется по [1]. Тв = 0,8 мин.

Штучное время - время на выполнение операции, определяется суммированием основного и вспомогательного времени.

Вспомогательное время - время на установку и снятие заготовки, управление станком, подвод и отвод режущего инструмента, контроль размеров, определяется по справочным нормативам [1] или экспериментально.

В общем случае для сверлильной операции штучное время определим по формуле:

Тшт = То + Тв = 0,087 + 0,044 + 1,05 + 0,17 =1,35 мин.

В общем случае для токарной операции штучное время определим по формуле:

Тшт = То + Тв = 0,065 + 1 + 0,8 + 0,8 =2,7 мин.

Найденные значения режима резания заносим в операционные карты, а так же в наладки.

8. Проектирование кулачкового самоцентрирующего патрона

Исходные данные:

Операционный эскиз.

Вид и материал заготовки - отливка СЧ32-52 НВ 220.

Вид обработки - черновая.

Материал и геометрия режущей части резца - резец сборный со сменной четырёхгранной неперетачиваемой пластиной из ВК 4. г = - 2°, л = - 3°, ц = 45°.

Режимы резания: t = 2 мм, подача S = 0,5 мм/об, скорость резания V = 102 м/мин.

Тип приспособления - одноместное универсальное наладочное (УНП) со сменными кулачками.

Металлорежущий станок 16К20 (наибольший диаметр патрона - 400 мм, внутренний конус шпинделя - Морзе 6 [5], основные размеры концов шпинделя по ГОСТ 12595-72 [6].

8.1 Расчёт сил резания

Расчет сил резания выполним по методике изложенной в [4]. При продольном и поперечном точении составляющие Рz, Рy, Рx силы резания рассчитываются по формуле:

Pz, y, x = 10 * Cp * tx * Sy * Vn * Kp

где Cp, x, y, n - постоянная и показатели степени для конкретных условий обработки, выбираются по таблице. При обработке серого чугуна резцом, оснащённым пластиной из твёрдого сплава, они равны:

для расчёта Pz - Cp = 92; x = 1; y = 0,75; n = 0;

для расчёта Py - Cp = 54; x = 0,9; y = 0,75; n = 0;

для расчёта Px - Cp = 46; x = 1; y = 0,4; n = 0.

Поправочный коэффициент Кр представляет собой произведение ряда коэффициентов, учитывающих фактические условия резания:

Кр = Кмр* Кцр* Кгр* Клр,

где Кмр = - коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости (np = 1 - для расчёта Py; np = 0,4 - для расчёта Pz; np = 0,8 - для расчёта Px) [4];

Кцр - коэффициент, учитывающий влияние угла в плане резца на силы, равный при ц = 45°, для расчёта Pz Кцp = 1; для расчёта Py Кцp = 1; для расчёта Px Кцp = 1 [4];

Кгр - коэффициент, учитывающий влияние переднего угла резца на силы, равный при

г = -2°, для расчёта Pz Кгp = 1,1; для расчёта Py Кгp = 1,4; для расчёта Px Кгp = 1,4 [4];

Клр - коэффициент, учитывающий влияние угла наклона режущей кромки резца на силы, равный при л = -3°, для расчёта Pz Клp = 1; для расчёта Py Клp = 0,75; для расчёта Px Кгp = 1,07 [4]. Подставим все данные в формулы:

для расчёта Pz - Кр = 1,02 * 1 * 1,1 * 1 =1,122;

для расчёта Py - Кр = 1,05 * 1 * 1,4 * 0,75 =1,103;

для расчёта Px - Кр = 1,04 * 1 * 1,4 * 1 =1,46;

Pz = 10 * 92 * 21 * 0,50,75 * 1020 * 1,122 = 1228 Н.

Py = 10 * 54 * 20,9 * 0,50,75 * 1020 * 1,103 = 661 Н.

Px = 10 * 46 * 21 * 0,50,4 * 1020 * 1,46 = 1018 Н.

8.2 Расчёт усилия зажима

В процессе обработки заготовки на неё воздействует система сил. С одной стороны действуют составляющие силы резания, которые стремятся вырвать заготовку из кулачков, с другой - сила зажима препятствующая этому. Из условия равновесия моментов данных сил и с учётом коэффициента запаса определяются необходимые зажимное и исходное усилия. В данной схеме принимаем консольное закрепление заготовки, так как . Суммарный крутящий момент от касательной составляющей силы резания стремится провернуть заготовку в кулачках, и равен для данного примера:

Повороту заготовки препятствует момент силы зажима, определяемый следующим образом:

где W - суммарное усилие зажима, приходящееся на три кулачка, Н;

f - коэффициент трения на рабочей поверхности сменного кулачка.

Из равенства моментов МР” и Мз” определим необходимое усилие зажима, препятствующее провороту заготовки в кулачках.

где d1 - диаметр обрабатываемой поверхности; d2 - диаметр поверхности за который крепится заготовка.

Значение коэффициента запаса К, в зависимости от конкретных условий выполнения технологической операции определяется по формуле [7].

где К0 = 1,5 - гарантированный коэффициент запаса; К1 - коэффициент учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях заготовки: при черновой обработке К1 = 1,2; К2 - коэффициент учитывающий увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента (выбираем по таблице в зависимости от метода обработки и материала заготовки [9]: К2 = 1; К3 - коэффициент учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании: для непрерывного резания К3 = 1; К4 - коэффициент характеризующий постоянство силы, развиваемой зажимным механизмом: для механизированных приводов К4 = 1; К5 = коэффициент характеризующий эргономику немеханизированного зажимного механизма (удобство расположения органов зажима и т. д.): для механизированных приводов К5 = 1. Коэффициент К6 вводится в расчёт только при наличии моментов, стремящихся повернуть заготовку, установленной плоской ТБ на опоры - штыри.

В данном случае коэффициент К равен:

Коэффициент трения f между заготовкой и сменными кулачками зависит от состояния их рабочей поверхности (выбирается по таблице [9]): примем форму рабочей поверхности кулачка с кольцевыми канавками f = 0,3.

Подставим в формулу все исходные данные:

Сила Py стремится вывернуть заготовку из кулачков относительно оси, создавая момент:

Мр''= Py'· l'

Данному моменту препятствует момент от силы зажима:

Необходимая сила зажима равна:

Для дальнейших расчетов принимаем наихудший случай: W=9578,4Н.

Величина усилия зажима W1 прикладываемая к постоянным кулачкам несколько увеличивается по сравнению с усилием W и рассчитывается по формуле:

где lk- вылет кулачка, расстояние от середины рабочей поверхности сменного кулачка до середины направляющей постоянного кулачка;

Нк - длина направляющей постоянного кулачка, мм;

f1 - коэффициент трения в направляющих постоянного кулачка и корпуса

(f1=0,1 для полусухого трения стали по стали).

Значения lk и Нк для расчетов принимаются на основе анализа разработанных раннее конструкций. В данном расчете примем: толщину сменного кулачка вс =30мм, постоянного вк+lз =20+30=50мм, ширину направляющей постоянного кулачка Вк =40мм, ширину сменного кулачка В1=25мм, длину кулачка Нк=80мм, вылет lк=62мм.

В процессе конструирования патрона, данные размеры могут несколько измениться, но это, как показывает практика, не вносит существенных изменений в расчеты усилий.

Подставив исходные данные в формулу, получим:

8.3 Расчет зажимного механизма патрона

Приступая к расчету зажимного механизма необходимо определиться с его конструкцией. В самоцентрирующих механизмах установочные элементы (в данном случае кулачки) должны быть подвижными в направлении зажима и закон их относительного движения необходимо выдержать с высокой точностью. Поэтому на движение кулачков накладываются условия: разнонаправленность, одновременность и равная скорость движения. Данное условие можно выдержать, обеспечивая движение трех кулачков от одного источника движения (силового привода).