Сборник задач и упражнений по технологии машиностроения - Гельфгат Ю.И.

Author: Гельфгат Ю.И.

Tags: общее машиностроение технология машиностроения общая технология машиностроения обработка металлов машиностроение сборник задач

Year: 1986

Similar

Фрезерование

Фрезерные и зуборезные работы

Технология обработки типовых деталей

Фрезерные станки

Text

СБОРНИК
ЗАД I
И УПРАЖНЕНИИ по технологии машиностроения
Ю. И. Гельфгат
СБОРНИК ЗАДАЧ И УПРАЖНЕНИЙ по технологии машиностроения
Издание второе, переработанное
Допущено .Министерством высшего и среднего Социального образования СССР ^Качестве учебного пособия ДМ* машиностроительных специальностей техникумов
М001Ш «Высшая школа» 1986 « I » I
ББК 34.5
Г32 УДК 621.01
Рецензент — В. В. Монахов (Минстанкопром)
Гельфгат Ю. И.
Г32 Сборник задач и упражнений по технологии машиностроения: Учеб, пособие для машиностр. спец, техникумов. — 2-е изд., перераб. — М.: Высш, шк., 1986. — 271 с.: ил.
Пособие содержит примеры и задачи с подробными решениями. Оно поможет учащимся приобрести навыки в решении технологических! задач, расчете и конструировании приспособлений, определении эф* фективности совершенствования существующих и разработке новых технологических процессов.
Во 2-е издание (1-е— 1975 г.) внесены изменения в соответствии с новой программой и новыми ГОСТами.
2704010000—275 Г ----------------
001(01)—86
174-86
ББК 34.5 6П5.4
© Издательство «Высшая школа», 1975
© Издательство «Высшая школа», 1986, с изменениями
ПРЕДИСЛОВИЕ
Дальнейшее экономическое развитие нашей страны будет определяться поднятием уровня всей хозяйственной работы. Это в особой мере относится к отечественному машиностроению — одной из ведущих отраслей народного хозяйства нашей страны. Поэтому темпы роста машиностроения выше, чем промышленности в целом.
Крупные и серьезные задачи стоят перед машиностроением на ближайшие годы. Среди них — создание техники для широкого внедрения высокопроизводительных энерго- и материалосберегающих технологий во всех отраслях народного хозяйства, повышение < технического уровня и качества машиностроительной продукции, выпуск машин и оборудования для исключения ручного — монотонного тяжелого и вредного — труда, улучшение качества металлообрабатывающего оборудования, в том числе с ЧПУ, автоматических манипуляторов с ЧПУ, технологической оснастки, средств автоматизации и др*
Все эти задачи и пути их решения находят отражение В дисциплине «Технология машиностроения». Для более Полного ознакомления с предметом теоретическое изучение должно тесно увязываться с практическим приме-Гфнием получаемых значений.
Настоящее учебное пособие поможет совершенствовать учебный процесс подготовки техников-технологов ПО обработке металлов резанием. Примеры с подробными решениями и комментариями и задачи пособия охватывают все разделы курса в соответствии с действующей программой: технологический, конструкторский и организационно-экономический аспекты задачи, которую решают при проектировании технологических процессов
* См. Основные направления экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года. М., 1986.
3
изготовления деталей машин. Эти решения связываются с определением экономической эффективности.
Примеры и задачи пособия полезно использовать при проведении практических и лабораторных работ, в качестве упражнений на уроках и в качестве домашних заданий, а отдельные крупные примеры и задачи могут найти применение и для деловых игр. Предусмотрено по 5 и 10 вариантов задач, что обеспечивает возможность более самостоятельной и творческой работы учащихся.
Сборник будет полезен учащимся при выполнении курсового проекта по технологии машиностроения и в дальнейшем — дипломного проекта, в частности разделов, посвященных конструкторско-технологическому анализу детали, проектированию заготовки, расчету промежуточных размеров, проектированию технологических операций, расчету приспособлений и др.
Сборник составлен с учетом Международной системы единиц. В нем учтены положения ГОСТов и стандартов СЭВ.
Автор
Глава I
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
§ 1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ и технологический процессы
При работах по проектированию технологического процесса и его реализации и при оформлении технологической документации важно уметь определять структуру технологического процесса и правильно формулировать наименование и содержание его элементов. При этой работе руководствуются ГОСТ 3.1104—81 и 3.1702—79.
Важным этапом в разработке технологического процесса является также определение типа производства. Ориентировочно тип производства устанавливают на начальной стадии проектирования [3, с. 6]. Основным критерием при этом служит коэффициент закрепления операций. Это отношение числа всех технологических операций, выполняемых в течение определенного периода, например месяца, на механическом участке (О), к числу рабочих мест (Р) этого участка:
Кзо=О/Р.
(1.1)
Типы машиностроительных производств характеризуются следующими значениями коэффициента закрепления операций: /Со < 1 — массовое производство; 1< < Кз.о — крупносерийное производство; 10 < Кзл> < <20 — среднесерийное производство; 20 < о <40 — мелкосерийное производство; Кз.о не регламентируется — единичное производство.
Формулирование наименования и содержания операции
Пример 1Л. Деталь (втулку) изготовляют в условиях серийного производства из горячекатаного проката, разрезанного на штучные заготовки. Все поверхности обрабатываются однократно. Токарная операция выполняется согласно двум операционным эскизам по установам (рис. 1.1).
5
60
Устинов Д * размер для справок
Рис. 1.1
Цетанов Б
Требуется произвести анализ операционных эскизов и других исходных данных; установить содержание операции и сформулировать ее наименование и содержание; установить последовательность обработки заготовки в данной операции; описать содержание операции по переходам.
Решение. 1. Анализируя исходные данные, устанавливаем, что в рассматриваемой операции, состоящей из двух установов, выполняется обработка девяти поверхностей заготовки, для чего потребуется выполнить последовательно девять технологических переходов.
2. Для выполнения операции будет использован токарный или токарно-винторезный станок, и наименование операции будет «Токарная» или «Токарно-винторезная» (ГОСТ 3.1702—79). По тому же ГОСТу определяем номер группы операции (14) и номер операции (63).
Для записи содержания операции при наличии операционных эскизов может быть применена сокращенная форма записи: «Подрезать три торца», «Точить две цилиндрические поверхности», «Сверлить и расточить отверстие», «Расточить одну и точить две фаски».
3. Устанавливаем рациональную последовательность выполнения технологических переходов по установим, руководствуясь операционными эскизами. В первом уста-нове необходимо подрезать торец 4, точить поверхность 2 с образованием торца 1, точить фаску 3, сверлить отверстие 6 и расточить фаску 5. Во втором установе нужно подрезать торец 9, точить поверхность 7 и фаску 8.
6
Таблица 1.1
№ пе* рехода Вид перехода Содержание перехода
1 ПВ Установить и закрепить заготовку
2 ПТ Подрезать торец 4
3 пт Точить поверхность 2 с образованием торца / (при
точении поверхности 2 производится 2 рабочих хода)
4 пт Точить фаску 3
5 пт Сверлить отверстие 6
6 пт Расточить фаску 5
7 ПВ Переустановить заготовку
8 пт Подрезать торец 9
9 пт Точить поверхность 7
10 пт Точить фаску 8
И ПВ Контроль размеров детали
12 ПВ Снять деталь и уложить в тару
4. Содержание операции в технологической документации записывается по переходам: технологическим (ПТ) и вспомогательным (ПВ). При формулировании содержания переходов используется сокращенная запись по ГОСТ 3.1702—79. В таблице 1.1 приведены записи для рассматриваемого примера.
Задача 1.1. Для токарной операции разработан операционный эскиз и заданы исполнительные размеры с допусками и требования по шероховатости обрабатываемых поверхностей (рис. 1.2). Обработка каждой поверхности — однократная. Номера вариантов указаны на рисунке римскими цифрами.
Требуется: задать тип станка; определить конфигурацию и размеры заготовки; установить схему базирования; пронумеровать на эскизе все обрабатываемые поверхности; сформулировать для записи в технологических документах наименование и содержание операции; записать содержание всех переходов в технологической последовательности в полной и сокращенной формах.
Установление наименования и структуры операции и запись ее содержания в технологической документации
Пример 1.2. На рис. 1.3, который представляет собой фрагмент рабочего чертежа детали, выделен конструктивный элемент детали, подлежащий обработке в условиях серийного производства.
Рис. 1.2
Требуется: провести анализ исходных данных; выбрать метод обработки конструктивного элемента с учетом типа производства; подобрать тип металлорежущего станка; установить наименование операции; записать содержание операции в полной форме; сформулировать запись содержания операции по технологическим
переходам.
Решение, 1. Устанавливаем, что обработке подлежат шесть отверстий во фланце корпуса, равномерно, расположенные на окружности 0 280 мм.
2. Отверстия в сплошном материале изготовляют сверлением.
3. Для обработки выбираем радиально-сверлильный-станок.
Рис. 1.3
Рис. 1.4
4. Наименование операции (в соответствии с типом используемого станка) — «Радиально-сверлильная».
5. Запись содержания операции в полной форме выглядит так: «Сверлить 6 сквозных отверстий 0 18/712 последовательно, выдерживая </ = (280 ±0,2) мм и шероховатость поверхности /?а = 20 мкм, согласно чертежу.
6. Запись содержания переходов в полной форме такова:
1-й переход (вспомогательный). Установить заготовку в кондуктор.и закрепить.
2, ..., 7-й переходы (технологические). Сверлить 6 отверстий 0 18/712, выдерживая размеры </ = 280 ±0,2; Ла20 последовательно по кондуктору.
8-й переход (вспомогательный). Контроль размеров.
9-й переход (вспомогательный). Снять заготовку и уложить в тару.
Задача 1.2. Установить наименование и структуру Операции в условиях серийного производства по обработке конструктивных элементов детали (рис. 1.4). Номера вариантов указаны на рисунке римскими цифрами.
Установление типа производства на участке
Пример 1.3. На участке механического цеха имеется 18 рабочих мест. В течение месяца на них выполняется 154 разные технологические операции.
Таблица 1.2
№ варианта I II Ш IV V VI VII VIII IX X
Количество рабочих мест (Р) 42 29 31 17 18 35 7 19 27 49
Количество технологических операций (О) 1300 209 520 816 17 339 22 8 820 833
Требуется: установить коэффициент загрузки операций на участке; определить тип производства; изложить его определение по ГОСТ 14.004—83.
Решение. 1. Коэффициент закрепления операций устанавливаем по формуле (1.1): Кзо= 154/18 = 8,56. В нашем случае это означает, что на участке за каждым рабочим местом закреплено в среднем по 8,56 операций.
2, Тип производства определяется согласно ГОСТ 3.1108—74 и 14.004—83. Поскольку 1‘<К3.о^10, тип производства — крупносерийное.
3. Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, сравнительно большим объемом их выпуска; изготовление ведется периодически повторяющимися партиями.
Крупносерийное производство является одной из разновидностей серийного производства и по своим техническим, организационным и экономическим показателям близко к массовому производству.
Задача 1.3. Известно количество рабочих мест участка (Р) и количество технологических операций, выполняемых на них в течение месяца (О). Варианты приведены в табл. 1.2.
Т ребуется: определить тип производства. S
si
§ 2. ТОЧНОСТЬ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Одной из основных задач технологов и других участников производства в механических цехах является обеспечение необходимой точности изготовляемых деталей.
Реальные детали машин, изготовленные с помощью механической обработки, имеют параметры, отличающиеся от идеальных значений, т. е. имеют погрешности, но
размеры погрешностей не должны превышать допускаемых предельных отклонений (допусков). Для обеспечения заданной точности обработки должен быть правильно спроектирован технологический процесс с учетом экономической точности, достигаемой различными методами обработки. Нормы средней экономической точности приводятся в источниках [7, 21, 22]. Важно учитывать, что каждый следующий переход должен повышать точность на 1...4 квалитета.
В ряде случаев используют расчетные методы для определения возможной величины погрешности обработки. Так определяют погрешности токарной обработки, от действия сил резания, возникающих вследствие недостаточной жесткости технологической системы [3, с. 11 и 12].
В ряде случаев производится анализ точности обработки партии деталей методами математической статистики [3, ,с. 15].
Определение экономической точности, достигаемой при различных методах обработки наружных поверхностей вращения
Пример 2.1. Поверхность ступени стального вала длиной 480 мм, изготовляемого из поковки, обрабатывается предварительно на токарном станке до диаметра 91,2 мм (рис. 2.1).
Опр е д е л и т ь: экономическую точность обработки размера 91,2; квалитет точности обрабатываемой поверхности и ее шероховатость.
Решение. Для определения экономической точности пользуются таблицами «Экономическая точность механической обработки», которые приводятся в различных справочниках [7, 21].
В нашем случае после чернового точения точность обработанной поверхности должна быть в пределах 12...14-го квалитета (принимаем 13-й квалитет). С учетом, что при l/d = 5,3 погрешности обработки возрастают
Рис. 2.1
Таблица 2.1
№ варианта Метод обработки и ее характер Длина вала, мм Диаметр ступени, мм
I Притирка 100 20
II Обтачивание получистовое 200 45
III Шлифование тонкое 500 55
IV Обтачивание однократное 450 120
V Суперфиниш 700 100
VI Шлифование предварительное 250 70
VII Обтачивание тонкое 375 65
VIII Обтачивание окончательное 275 50
IX Выглаживание алмазное 60 170
X Шлифование окончательное 120 38
в 1,5... 1,6 раза, это соответствует снижению точности на один квалитет. Окончательно принимаем точность по 14-му квалитету.
Так как при черновом точении размер заготовки — промежуточный, то размер этот устанавливается для наружной поверхности с полем допуска основной детали 0 91,2/114, или 0 91,2—0,37- Шероховатость поверхности = 40...20 мкм (в практике заводов при хорошо выполненных заготовках и нормальных производственных условиях достигается более высокая точность обработки).
Задача 2.1. Одна из ступеней вала подвергается механической обработке одним из указанных способом. Номера вариантов приведены в табл. 2.1.
Требуется: установить экономическую точность обработки; выполнить операционный эскиз и указать на нем размер, квалитет точности, размер допуска и шероховатость. Принять, что поверхность рассматриваемой ступени вала имеет поле допуска основной детали (Л).
Определение точности формы поверхностей детали при обработке
Пример 2.2. На наружной поверхности вала (рис. 2.2) задан допуск формы, обозначенный условным знаком по СТ СЭВ 368—76. Окончательную обработку этой поверхности предполагается выполнить шлифованием на круглошлифовальном станке модели ЗМ151.
Требуется: установить наименование и содержа-
12
ние условного обозначения указанного отклонения; установить возможность выдержать требование точности формы этой поверхности при предполагаемой обработке.
Решение. 1. По представ
0 0,01
Рис. 2.2
ленному эскизу точность фор-
мы цилиндрической поверхности выражается допуском круглости и составляет 10 мкм. Согласно ГОСТ 24643—81,
этот допуск соответствует 6-й степени точности формы. Под термином «Допуск кру!лости» понимают наибольшее
допустимое значение отклонения от круглости. Частными
видами отклонения от круглости являются овальность,
огранка и др.
2. На круглошлифовальном станке модели ЗМ151 можно производить обработку заготовок с наибольшим диаметром до 200 мм и длиной до 700 мм. Следовательно, он пригоден для обработки данной заготовки. Отклонение от круглости при обработке на этом станке составляет 2,5 мкм [15].
На основании изложенного делаем заключение о возможности выполнить обработку с заданной точностью.
Задача 2.2. На рис. 2.3 и в табл. 2.2 указаны варианты поверхностей с допускаемыми отклонениями формы.
Требуется: установить наименование и содержание обозначения указанных отклонений; установить возможность выполнить обработку на указанном станке, соблюдая заданную точность. Недостающими размерами задаться.
Рис. 2.3
13
Таблица 2.2
№ варианта Форма поверхности Тип станка
I Отверстие ВнутришлифовальнЫй
II Плоскость Плоскошлифовальный
III >
IV Грань Круглошлифовальный
V, VI VII Отверстие Хонинговальный
Цилиндр Токарно-винторезный
VIII Плоскость Продольно-строгальный
IX Цилиндр Токарный многорезцовый
X Круглошлифовальный
Определение точности взаимного расположения поверхностей детали при обработке
Пример 2.3. На эскизе (рис. 2.4) обозначено техническое требование к точности взаимного расположения поверхностей детали.
Предполагается окончательную обработку верхней плоскости выполнить чистовым фрезерованием на вертикально-фрезерном станке согласно операционному эскизу, изображенному на рис. 2.5.
Требуется: изложить наименование и содержание технического требования; установить по технологическим справочникам точность взаимного расположения поверхностей детали в зависимости от тйпа оборудования; сделать заключение о возможности выполнить указанное требование.
Решение. 1. Условным знаком на рабочем чертеже показан допуск параллельности верхней плоскости относительно нижней плоскости, обозначенной А. Под допуском параллельности понимают наибольшее допускаемое
// Mlawso л
Рис. 2.4
Рис. 2.5
Рис. 2.6
значение отклонения от параллельности. В нашем случае допуск равен 0,2 мм на площади 150Х 150 мм.
2. В таблицах технологических справочников, например [21, Т. 1], находим предельные отклонения нашего случая: они равны 40...100 мкм и 25...60 мкм на длине 300 мм, а Значит на длине 150 мм они будут равны 12,5... ...30 мкм. Из всех этих данных принимаем для гарантии наибольшее значение — 100 мкм, т. е. — 0,1 мм.
3. Делаем заключение — требуемая точность взаимного расположения обработанной плоскости относительно базовой плоскости А будет обеспечена.
Задача 2.3. На рис. 2.6 показаны варианты обработки поверхностей.
Требуется: расшифровать обозначение содержания допуска; разработать технологические мероприятия, обеспечивающие выполнение этого требования.
$ 3. ШЕРОХОВАТОСТЬ
ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Поверхности деталей машин, полученных литьем, ковкой, обработанные на металлорежущих станках и другими способами, характеризуются шероховатостью, цветом и физическими свойствами поверхностного слоя — степенью упрочнения (наклепом), глубиной упрочненного слоя, наличием остаточных напряжений от обработки и др. Эти показатели определяют состояние поверхности и характеризуют ее качество. Имеется вполне определенная связь между методами обработки и качеством обработанной поверхности.
Для оценки шероховатости поверхностей предпочти
тельно применять параметр /?а; иногда применяют параметр
Параметры шероховатости поверхностей при различных видах обработки заготовок резанием приводятся^ в технологических и других справочниках [5, 7, 21].
В ходе выполнения механической обработки поверхности шероховатость ее уменьшается сначала резко (после черновых переходов параметры снижаются в 4...5 раз), затем медленнее при выполнении завершающих отделочных переходов — в 1,5...2 раза.
Установление последовательности изменения параметров шероховатости поверхности в ходе механической обработки ее
Пример 3.1. Наружная поверхность одной ступени вала, изготовляемого из стальной штампованной поковки, обрабатывается в такой последовательности: обтачивание черновое и получистовое, шлифование предварительное и чистовое. После завершения всей обработки рассматриваемая поверхность имеет точность размера по 6-му квалитету (/Г 6) и шероховатость /?а== 1,25 мкм. Требуется установить последовательность изменения шероховатости обрабатываемой поверхности после каждого этапа обработки и выбрать средства контроля шероховатости в производственных условиях.
Решение. Пользуясь данными [7, с. 517; 21, Т.1], устанавливаем последовательность изменения шероховатости в микрометрах после каждого этапа обработки:
0 Исходная заготовка «а 80 (Ла320)
1 Обтачивание начерно Ла 20 (Ла80)
2 Обтачивание получистовое . . . Ла 5 (Лг20)
3 Шлифование предварительное . . Ла 2,5 (ЛаЮ)
4 Шлифование чистовое Ла 1,25 (Лг6,3)
Средствами контроля шероховатости поверхности в производственных условиях могут быть образцы (эталоны) шероховатости или профилометры.
Задача 3.1. Для наружной поверхности детали задана требуемая шероховатость поверхности. Варианты сведены в табл. 3.1.
Требуется установить: 1) возможные варианты завершающего (финишного) метода обработки этой поверхности; 2) толщину дефектного слоя, который останется после этой обработки.
Таблица 3.1
Xs варианта Наименование детали Вид исходной заготовки Шероховатость детали Ra, мкм
1 Втулка Литье чугунное I класса 2,5
2 » То же, II класса 1,25
3 Обойма Литье стальное I класса 1,25
4 То же, II класса 0,32
5 Вал Прокат стальной горячекатаный обычной точности 10
6 » То же, повышенной точности 0,63
7 Палец Прокат стальной горячекатаный обычной точности 5
8 » То же, повышенной точности 0,32
9 Шестерня Стальная штамповка 2.5
10^ Поковка 5
$ 4. БАЗЫ И ПРИНЦИПЫ БАЗИРОВАНИЯ 9
Чтобы осуществить обработку заготовки на станке, ее необходимо закрепить на нем, предварительно выбрав базы. Под базированием понимают придание заготовке требуемого положения относительно станка и инструмента. От правильности базирования зависит точность обработки. При разработке схемы базирования решают вопросы выбора и размещения опорных точек.
В производственных условиях всегда имеют место погрешности обработки еуст, зависящие от условий установки, т. е. от базирования Ебаз, закрепления ЕзаКр заготовки, и от неточности приспособления епр. Погрешность установки выражается формулой
€уСТ— у ббаз “Г Езакр г &пр« (Л* *7
Для уменьшения этих погрешностей важно соблюдать правила базирования: правило «шести точек», правило «постоянства баз», правило «совмещения баз» и др.
Значения погрешности можно определить различными Методами. Табличный метод [10] позволяет определить погрешности установки в зависимости от производственных условий.
Расчетный метод определения погрешностей базирования, закрепления й вызванных неточностью приспособления выполняется с помощью формул, приводимых В литературе [10, 21].
Рис. 4.1
Рис. 4.2
При несоблюдении правила «совмещения баз» возникает необходимость в пересчете конструкторских размеров (рис. 4.1, а) в технологические (рис. 4.1, б). Цель пересчета состоит в определении погрешности размера замыкающего звена и сравнении ее с допуском конструкторского размера.
Расчет размерных цепей производится в соответствии с ГОСТ 16319—80 и 16320—80 одним из указанных в них методов («максимума — минимума», вероятностным и др.). При этих расчетах пользуются формулами определения номинального размера замыкающего звена:
h = H — T,
(4-2)
где Н — размер, связывающий конструкторскую и технологическую базы; Т — размер, связывающий технологическую базу с обрабатываемой поверхностью.
Погрешность размера замыкающего звена ел = ед при решении по методу «максимума — минимума» определяется по формулам
вл = Тя + TV, Zh — Tisss'ZiTi, ' (4-3)
I
где Tt — допуск на размер каждого звена цепи; Тн — допуск на размер Н установленный чертежом; Тт — допуск на технологический размер, значение которого зависит от метода обработки и устанавливается в соответствии с нормативом средней экономической точности обработки [10; 21].
При расчете по вероятностному методу пользуются формулами tn-i-n _____
т2=0 £ Г; т2=(Кс S г,)/ /т + п, (4.4)
где 0 — коэффициент, зависящий от числа составляющих звеньев; Кс — среднее значение коэффициента рассеивания.
При расчете с использованием теории вероятности для случая рассеивания погрешностей по закону нормального распределения [12] используют формулу
(4.5)
где Т'—половина поля допуска звеньев цепи.
В результате расчета должно быть выдержано условие

(4-6)
Выбор технологической базы с учетом технических требований к детали
Пример 4.1. В технологическом процессе изготовления корпуса предусмотрена операция по расточке отверстия диаметром D (рис. 4.2). При выполнении отверстия должны быть выдержаны размер а и технические требования, касающиеся правильности взаимного расположения отверстия относительно других поверхностей детали.
Требуется: выбрать технологическую базу для рассматриваемой операции; разработать схему базиро
вания.
Решение. 1. Одной из конструкторских баз является плоскость А основания. Ее и следует принять за технологическую установочную базу,создав под ее базирование три опорные точки /, 2 и 3 (рис. 4.3).
Технологической направляющей базой следует принять плоскость Б с двумя опорными точками 4 и 5. Эта база позволит обработать отверстие перпендикулярно этой плоскости. Для обеспечения
Рис. 4.3
чцяг/ш:
Рис. 4.4
симметричности расположения отверстия относительно наружного контура можно использовать в качестве технологической базы поверхность В, но конструктивно легче воспользоваться для этого поверхностью Г полуцилиндра и использовать для этой цели приспособление с подвижной призмой.
На основании изложенного применим технологическую базу из трех поверхностей: А, Б и Г (рис. 4.3).
2. Схема базирования, представляющая собой расположение опорных точек на базах заготовки, представлена на рис. 4.3.
Задача 4.1. Для станочной операции по обработке указанной поверхности детали требуется выбрать технологическую базу и составить схему базирования.
Варианты приведены на рис. 4.4 и в табл. 4.1.
Определение технологической базы и составление схемы базирования заготовки
Пример 4.2. Требуется: рассмотреть установочные элементы имеющегося приспособления (рис. 4.5) и установить поверхности заготовки, составляющие технологическую базу при закреплении заготовки в присно-
го
Таблица 4.1
№ варианта Наименование операции Содержание операции
I Вертикально-сверлильная Сверлить отверстие в шаре
II Токарная То же
III Точить поверхности окончательно
IV, V Кругло-шлифовальная Шлифовать указанные поверхности окончательно
VI, VII Г оризонтально-фрезерная Фрезеровать паз
VIII Вертикально-фрезерная То же
IX Вертикально-сверлильная Сверлить 2 отверстия
X Тонкорасточная Расточить 2 отверстия
соблении; разработать схему базирования заготовки и сделать вывод о соблюдении правила шести точек.
Решение. 1. В представленном на рисунке приспособлении выявляем его установочные элементы: плоскость корпуса 2, установочный цилиндрический палец 1 и установочный срезанный палец 3. Технологической базой заготовки являются следующие поверхности: нижняя плоскость заготовки А и два отверстия расположенных по диагонали.
2. В соответствии с выявленными технологическими базами и использованными установочными элементами разрабатываем схему базирования (рис. 4.6): для базирования плоскости (установочной базы) образовано три опорные точки (Л 2, <?); для базирования по первому отверстию (с помощью цилиндрического пальца) образовано еще две опорные точки (4, 5), а для базирования
Рис. 4.5
Рис. 4.6
21
Рис. 4.7
по второму отверстию используется срезанный палец (6) образующий 6-ю точку базирования.
3. Как видно из рисунка 4.6 и приведенных рассуждений, правило базирования по шести точкам соблюдено.
Задача 4.2. На рис. 4.7 изображено приспособление для обработки на станке. Нужно, пользуясь рисунком, выявить технологическую базу, принятую для базирования заготовки, и представить схему базирования заготовки; сделать вывод о правильности выбора опорных точек по количеству и размещению их. Номер варианта указан на рисунке римской цифрой.
Расчет линейной технологической размерной цепи
Пример 4.3. На настроенном горизонтально-фрезерном станке, работающем по наладке, начисто обрабатывается указанная плоскость. При этом должен быть выдержан координирующий размер Л = (70±0,05) мм (рис. 4.8). Допуск размера h равен 7\ = 0,1 мм.
Требуется установить, будет ли выдержана при обработке заданная точность размера.
Решение. 1. Из условия примера и по операционному эскизу видно, что за технологическую базу принята ниж-
22
няя плоскость я заготовки. Конструкторской и измерительной базами для контроля размера h является верхняя плоскость Б. В связи с тем, что базы не совпадают, возникла необходимость пересчета конструктивных размеров на технологические.
При этом надо рассчитать погрешность е*, с которой может быть выполнен размер ft, и сравнить ее с допуском Th
этого размера. Должно быть выдержано условие Th.
2. Рассматриваемая размерная цепь линейная и состоит из трех звеньев: интересующий нас размер h = = 70 мм будем считать замыкающим звеном А%, первое составляющее звено — размер A i = 85Л8(85—0.05) между ранее обработанными плоскостями является звеном увеличивающим; второе составляющее звено — размер А2 является технологическим, уменьшающим, и точность его обусловливается нормами экономической точности обработки на станках (см. ГОСТ 2110—72). Для нашего случая погрешность этого размера составляет 0,06 мм.
Номинальные размеры этой цепи связаны уравнением: Д2=Д1 —Д2 —85 — 15 = 70 мм.
3. При расчете линейной размерной цепи (рис. 4.8) методом полной взаимозаменяемости, т. е. методом максимум — минимум, определяют предельные отклонения (погрешность обработки) исходного (замыкающего) звена по формуле (4.3):
т-\-п
Т2= 2 7’/=(ТЛ| + Гдг)=(0,054 + 0)06)=0,114 мм
I
Как следует из решения, допуск по чертежу Th = = 0,1 мм меньше, чем возможная погрешность при обработке —8Л = 0,114 мм, что совершенно недопустимо. Следовательно, нужно принять меры, позволяющие добиться выполнения условия
Для этого, во-первых, можно поставить вопрос перед конструктором о снижении точности размера ft, т. е. .о расширении допуска Th до значения 0,12, тогда ft = —(70 ±0,06) мм. Условие будет выдержано.
23
Во-вторых, применить в качестве завершающей (финишной) обработки тонкое фрезерование или чистовое шлифование. Экономическая точность этих процессов выше и при них 7^=0,025 мм (ГОСТ 2110—72). Тогда Ts = (0,054 + 0,025) мм = 0,079 мм. Условие Th выдержано.
В-третьйх, составляющий размер Л = 85Л8 получен при обработке плоскостей А и Б до рассматриваемой операции. Если предшествующую обработку выполнить точнее на один квалитет, то допуск размера будет 85А7(85 —0,035). Тогда погрешность обработки Т%— =(0,035 + 0,06)=0,095 мм. Условие l\^Th выдержано.
В-четвертых, при расчете размерной цепи можно пользоваться вероятностным методом [7, с. 590] по фор-т+п ____________________
муле Т2 = /(с 2 Ti/ + и, где /<с=1,5. В производствах 1
с отлаженным технологическим процессом коэффициент Ко снижается до 1,2. Тогда Т% = 1,2(0,054 + 0,060)/ /2” = = 0,097 мм и выдержано условие
В-пятых, допуск замыкающего звена рассчитывают с использованием теории вероятностей для случая рассеивания погрешностей отклонений по закону нормаль-
Рис. 4.9
24
Таблица 4.2
№ варианта Содержание операции Размер Z, мм
I Строгать плоскость 1 предварительно /1=150+0,2
II Строгать плоскость 2 окончательно /2=170±0,1
III Подрезать торец 1 предварительно /1=60+0,3
IV Подрезать торец 2 окончательно /2=30+0,1
V Подрезать торец / предварительно (,=100+0,2
VI Подрезать торец 2 окончательно /2=50±0,1
VII Шлифовать плоскость 1 предварительно /1=75±0,1
VIII Шлифовать плоскость 2 окончательно Z2=175±0,2
IX Фрезеровать плоскость 1 предварительно /1=70±0,4
X Фрезеровать плоскость 2 окончательно /2=30+0,2
ного распределения [12] по формуле (4.5). В нашем случае ± /0,0272 ±0,035 = ±0,04 мм, или Т% =
= 0,08 мм. Условие T^^.Th выполнено.
В-шестых, при незначительном объеме выпуска деталей, т. е. в единичном или мелкосерийном производстве, мойсно работать не по наладке, а, например, со снятием пробных стружек. При обработке каждой детали контролируется размер h.
Задача 4.3. На рис. 4.9 и в табл. 4.2 представлены варианты операций.
Требуется определить возможную погрешность базирования размера в результате выполнения указанной обработки.
§ 5. ВЫБОР И КОНСТРУИРОВАНИЕ ИСХОДНЫХ ЗАГОТОВОК
Современное состояние технологии машиностроения предоставляет большие возможности для рационального выбора вида исходной заготовки и способа ее получения.
Чем больше объем выпуска деталей, тем важнее выбрать заготовку прогрессивного вида, у которой форма и размеры приближаются к форме и размерам готовой детали. Такая тенденция современной технологии позволяет исключать обдирку и черновую обработку, добиваться высокой производительности и экономного расхода металла. Правильный выбор исходной заготовки существенно влияет на технико-экономические показатели технологического процесса изготовления детали.
25
Рис. 5.1
Серьезное внимание должно уделяться конструированию исходной заготовки, т. е. установление ее формы, размеров с допускаемыми отклонениями, припусков на механическую обработку, твердости материала и технических требований, которым она должна отвечать.
Установление размеров исходной заготовки состоит
в том, что к размерам наружных поверхностей детали нужно прибавить, а от размеров внутренних поверхностей отнять общие припуски на механическую обработку. Для втулки с размерами йд; £)д и £д (рис. 5.1) размеры исходной заготовки опре
деляются так: -
d-o— t/д 2/7обпил
(5-1)
Оо=/)д — 2/7 общо; (5.2)
£0= £д /7обш1| 4” /7общ£г» (5-3)
где //общ^, Поъмф и — общие припуски на механическую обработку (на сторону) наружной, внутренней и торцовой поверхностей заготовки.
Выбор общего припуска на механическую обработку заготовок из сортового проката производится по таблицам [5; 21, Т1], но размер с/оРасч при выборе проката необходимо корректировать по сортаменту (ГОСТ 2590— 71).
Оценка качества исходной заготовки производится также по значению коэффициента использования материала:
/Си.м — ^д/fHO,
(5-4)
где /Ид и то — массы соответственно детали и заготовки.
Конструирование заготовок из стального горячекатаного проката
Пример 5.1. Из стали 45 (ГОСТ 1050—74) изготовляют вал (рис. 5.2) массой 19,4 кг в условиях мелкосерийного производства (годовой объем выпуска 150 шт.).
26
Требуется сконструировать исходную заготовку вала из стального горячекатаного проката.
Решение. 1. Поскольку форма вала имеет относительно небольшую разницу перепада диаметров, а также отсутствуют дополнительные требования к механическим свойствам материала, выбираем в качестве заготовки горячекатаный стальной прокат по ГОСТ 2590—71. Из него разрезкой будут образованы цилиндрические заготовки диаметром do и длиной Lq.
2. Для заданной детали целесообразно использовать прокат круглого сечения. Из имеющихся трех категорий точности проката выбираем обычную точность (В).
3. Диаметр проката определяют, исходя из наибольшего диаметра заготовки (0 9О/ИО), добавляя к нему общий припуск на механическую обработку, равный 2Побшс/. В нашем случае при длине заготовки свыше 360 до 720 мм общий припуск на диаметр 2/7Общ=Ю мм [5]. Допуск на диаметр устанавливается по ГОСТ 2590—71 и составляет +0,6... —1,7 мм. Отсюда do=dmax+2/7o6w^= = 90+ 10= 100 мм. Такой прокат имеется в сортаменте.
4. По формуле (5.3) устанавливаем длину штучной заготовки: Lo=+ + 2/706ua, где /7Общд=4 мм [5]. Получаем Lo — 480 + 2*4 = 488 мм. Допуск на длину заготовки после разрезки по 10... 12-му квалитетам составляет 250...630 мкм.
5. Технические требования, предъявляемые к заготовке:
допускаемая кривизна заготовки [21] qk.m = AL = = 1,0*488 мкм, т. е. не более 0,5 мм;
шероховатость проката /?z=200 мкм.
27
Рис. 5.3
Рис. 5.4
6. Рассчитываем массу заготовки по формуле
то = О,ОО1 тп м£о = О,ОО1 -61,65*488 = 30,09 кг,
где тп.м = 61’,65 кг — масса одного погонного метра проката, L — длина заготовки, мм.
Таблица 5,1
№ ва-ри-анта Диаметр, мм Длина, мм Масса кг
d\ с/г с/з ^4 Li £г /-3 4
I 50/16 75/г11 45/пб 30/9 345Л11 315/il 1 115/111 85Л11 7,96
II 60е7 85с 11 55g6 50Л8 380/111 340/с 11 1.30/111 80/111 11,65
III 4066 65а 11 35m6 30с/9 245/111 175/111 95/il 1 75/111 4,25
IV 70е8 95а 11 65/7 55с/9 360/г 11 315/111 135/111 90/111 11,6
V 35ш6 60d 11 ЗОлб 25/i8 240/111 215/iH 75/111 85/111 3,15
VI 80/пб Ю5с/11 75с/8 65/18 315А11 290/111 125/111 110/111 19,25
VII 45/6'6 70aI 1 4066 35Л8 325/111 295/111 105/111 75/111 5,0
VIII 75с/8 100/iH 70е8 60/9 320/111 280/111 130/111 100/111 15,5
IX 55g8 80с/И 50/16 45с/9 370/111 ЗЗО/ill 125/111 80/111 9,9
X ЗОлгб 55/iil 25/7 20/9 270/il 1 200/111 80/111 70/г 11 2,45
28
7. Коэффициент использования материала штучной заготовки равен
Кн.м = mJ то = 19,4/30,09 = 0,64.
Материал заготовки используется плохо — всего на 64%.
8. Определение стоимости штучной заготовки производится по формуле Со = 0,001 Цтт0 = 0,001 • ГЭЙ-30,09; Со=4 руб., где Цт=133 руб. — цена одной тонны металла по прейскуранту 01-08 1982 г.; то = ЗО,ОЗ кг — масса заготовки.
Эскиз заготовки представлен на рис. 5.3.
Задача 5.1. Сконструировать исходную заготовку вала из горячекатаного проката стали 40Х. Варианты и эскизы приведены на рис. 5.4 и в табл. 5.1.
Конструирование исходной заготовки-отливки из серого чугуна
Пример 5.2. Из серого чугуна марки СЧ 20 (ГОСТ 1412—79) изготовляют корпус цилиндра массой 2 кг (рис. 5.5). Годовой объем выпуска 24 000 шт. (крупносерийное производство).
Требуется сконструировать исходную заготовку.
Решение. 1. Деталь относится к классу корпусов. Она имеет полую цилиндрическую часть и прямоугольное основание с четырьмя отверстиями для крепления к плите. Концы цилиндрической части имеют квадратные фланцы толщиной 10 мм с четырьмя резьбовыми отверстиями.
Механической обработке подвергается зеркало цилиндра, плоскость основания, две плоские поверхности фланцев на торцах цилиндра, две площадки на верхней стороне основания и резьбовые отверстия. Деталь достаточно прочная и жесткая и может считаться вполне технологичной.
Крупносерийный тип производства позволяет применить для изготовления заготовки и для ее механической обработки высокопроизводительные методы.
2. В качестве заготовки выбираем отливку. Материал детали — серый чугун обладает хорошими литейными свойствами. Учитывая тип производства, целесообразно и экономически эффективно применить вид литья, при котором форма и размеры заготовки будут максимально приближаться к форме и размерам детали.
В нашем случае применяем литье в разовых песчано-
29
Рис. 5.5 Рис. 5.6
земляных формах с машинной формовкой по металлическим моделям. Этот способ достаточно механизирован, широко распространен, эффективен и соответствует производственным возможностям литейных цехов современных машиностроительных предприятий.
3. Допускаемые погрешности для чугунного литья в земляные формы регламентируются ГОСТ 1855—55. Из трех классов точности, предусмотренных этим ГОСТом, принимаем I класс. В качестве литейной оснастки используются подмодельные плиты с металлически-' ми полумоделями и стержневые ящики.
Точность размеров литья соответствует 15... 16-му квалитетам, а шероховатость /?а= 100 мкм [7].
4. Заданная деталь обладает симметрией. Плоскость симметрии целесообразно принять за плоскость разъема модели и формы. В этом случае легко осуществляется установка стержня, с помощью которого образуется
зо
отверстие в заготовке. Как следует из рисунка, при принятом расположении плоскости разъема модели и формы поверхности А, В, Г и Д находятся при заливке металла в вертикальном положении и, следовательно, будут боковыми поверхностями отливки, а отверстие Б — горизонтально.
При конструировании отливки следует заботиться о ее технологичности, а также проверить отливку методом световых теней. Попутно следует предусмотреть литейные уклоны на вертикально расположенных поверхностях (рис. 5.6).
5. Общие припуски /70бщ на механическую обработку регламентируется ГОСТ 1855—55 и их размеры зависят от класса точности литья, наибольшего габаритного размера отливки, номинального размера и положения рассматриваемой поверхности в форме при заливке металла (табл. 5.2).
Под номинальным размером понимают наибольшее расстояние между противоположными обрабатываемыми поверхностями или расстояние от базовой поверхности до оси обрабатываемого отверстия.
Табличные припуски на механическую обработку литых отверстий устанавливаются независимо от расположения отверстия. Допускается уменьшение табличных припусков до минимально необходимых, установленных, например, расчетно-аналитическим способом.
6. Определение размеров заготовки и их допусков производят, суммируя размеры детали и припуски на механическую обработку:
для наружных поверхностей £о = Лд +/70бт1 +/?общ2;
для внутренних поверхностей = — Поб1^ —
Таблица 5.2
Обозначение поверхности Наименование поверхности Положение поверхности при заливке Припуск, мм
А Плоскость ос- Боковое ГГобщЛ=== 2
новация
Б Отверстие Горизонтальное 2/7O6m5=2 • 2=4
В Торец цилинд- Боковое Побив - 2
ра
р То же /7о<ицг=2
д Верхняя пло- ^7 общд — 2
щадка основания
31
Таблица 5.3
Наименование размера Обозначение размера Формула для расчета Размер отливки с допуском, мм
Координирующий размер Ко Хо=Кд+Побшл= =48+2=50 Ло=5О±О,2
Диаметр отверстия Do Dq—— 2/7 0бтб= =65-2-2,5=60 7)п=б0ч-0,3
Длина цилиндрической части Lq Lo= 7-д 4“ Добщв+Добшг— = 1154-2+2=119 Lo=119±O,3
Толщина основания HQ Hq=Нл 4~/7Об шл= = 104-2=12 Яо=12,О±О,2
Расчет размеров отливки приведен в табл. 5.3.
Для размеров необрабатываемых поверхностей допускаемые отклонения устанавливают по таблицам ГОСТ 1855—55. В нашем случае такие размеры отливки имеют допуски:
размер наружного цилиндра ±0,3 мм;
размеры квадратного фланца ±0,3 мм.
7. Технические требования к отливке формулируются в соответствии с ГОСТ 1412—79. В эти требования входят данные о классе точности, твердости отливки, требуемой термической обработке и ее месте в технологическом процессе, размерах литейных уклонов и радиусов, способе очистки от пригаров и формовочной земли, необходимости удаления питателей, выпоров, прибылей и т. п., окраске и др. Так, в нашем случае необходимо указать:
допуски на размеры литья соответствуют I классу по ГОСТ 1855—55;
отливку подвергнуть стабилизирующему отпуску;
твердость участков, подлежащих механической обработке, НВ 240...270;
литейные уклоны 3...5°;
литье очистить от пригара и формовочной земли дробеструйной обработкой;
отливку окрасить.
8. Для определения массы отливки можно к массе /Ид детали прибавить массу /п0Тх металла, составляющего
32
его припуски и напуски, удаляемые в ходе механической 4
обработки. В нашем случае тотх = 2 где ггц — масса
1
удаляемых элементарных фигур припусков и напусков: /Hi — масса полого цилиндра припуска при обработке отверстия отливки; т2 — масса параллелепипеда припуска с учетом литейных уклонов, удаляемого с основания; тз — масса двух полых 4-гранных параллелепипедов припуска, удаляемого с торцов фланцев; — масса металла, удаляемого при образовании отверстий в детали.
Получаем массу отходов в граммах:
Мотх = 10 3е[0,25л(Од — Z)o)Lo + аЬП0бША +
+ 2(с2 - 0,25лР2)/7Обтв + 0,25n(4D?/i + 8Di/2)],
где а и b — размеры основания корпуса, мм; с — длина стороны квадрата фланца, мм; D\ и Л; D2 и /2 — диаметры и длины отверстий, мм, в основании и фланцах соответственно; р — плотность чугуна; кг/м3.
Подставляя размеры с чертежа, получаем тотх=617 г. Отсюда масса отливки равна
то=тд + т0Тх = 2 + 0,617 = 2,617 кг.
9. Определяем коэффициент использования материала:
^.м = тд/то = 2/2,617 = 0,76.
Коэффициент использования, равный 76%, относительно высок для отливок, получаемых в земляных формах. Применяя точные отливки, получаемые более прогрессивным способом литья, можно и нужно добиваться более высоких значений этого коэффициента.
10. Определяем стоимость одной отливки. По прейскуранту 25-01, введенному в действие с 1 января 1982 г., цена одной тонны литья из чугуна марки СЧ 20 III класса точности 2-й группы сложности составляет 297 руб. Для более точных отливок I класса вводится доплата 10%. Заданному объему выпуска соответствует пятая группа серийности, для которой доплата за серийность равна нулю. Доплата за термообработку составляет
Z-961
33
20 руб. за тонну. Цена за тонну с учетом указанных фак торов равна
Цт=(297 • 1,1 + 20)=346,7 руб.
Стоимость одной заготовки составляет
Q = Цтт0 = 0,001 *346,7 • 2,617=0,907 руб.
11. Чертеж отливки с техническими требованиями должен содержать все данные, необходимые для ее изготовления, контроля и приемки.
При выполнении чертежа отливки соблюдают правила, изложенные в ГОСТ 2.423—73, а также в стандартах ЕСКД. Допускается и является целесообразным для выполнения чертежа отливки использовать копию чертежа детали.
Разъем модели и формы указывают буквенным обозначением МФ (рис. 5.6); положение отливки в форме обозначают буквами В (верх) и Н (низ), проставленными у стрелок. Все припуски изображают тонкими сплошными линиями, а их размеры указывают перед знаком шероховатости поверхности или перед линейными размерами.
В основной надписи под наименованием детали пишут слово «Литье». Отверстия, впадины и выточки, не выполняемые в отливке, на чертеже допускается не вычерчивать.
Задача 5.2. Сконструировать отливку заготовки из серого чугуна марки СЧ15, отливаемую в земляные формы (варианты показаны на рис. 5.7). Термическая обра-
Таблица 5.4
№ варианта 1 11 ш IV V VI VII VHI IX X
Тип производства* М СС Е Е СС м КС МС М Е
Наименование детали Опора низкая Корпус Шкив Опора наклонная
Масса детали, кг 0,4 5,1 10,7 6,7
* М — массовое; КС — крупносерийное; СС — среднесерийное; МС — мелкосерийное; Е — единичное.
Рис. 5.7
IM ±0,1
ботка — стабилизирующий отпуск. Твердость НВ200...
280. Остальные данные по вариантам приведены в табл. 5.4.
Конструирование стальной поковки, изготовляемой горячей объемной штамповкой
Пример 5.3. Из стали 45 изготовляют вал массой 19,4 кг (см. рис. 5.2). Термообработка — улучшение до твердости HRC 21, .26. Неуказанные радиусы — 1,5 мм, фаски — 0,5X45°. Годовой объем выпуска деталей в год 4500 шт., что соответствует крупносерийному типу производства.
Требуется сконструировать исходную заготовку, изготовляемую горячей объемной штамповкой.
Решение. 1. Учитывая свойства материала детали, ее массу, форму, размеры и тип производства, поковку целесообразно выполнять в закрытом штампе на молоте. Нагрев заготовки — пламенный в печи.
2. Руководствуясь правилом, что в плоскости разъема штампа должны располагаться два небольших габаритных размера поковки, принимаем, что ось поковки находится в плоскости разъема штампа и расположена горизонтально.
3. С целью уменьшения припусков на механическую обработку принимаем поковку I класса точности (повышенная точность). По ГОСТ 7505—74 определяем группу стали Ml.
Степень сложности поковки определяем, используя данные о детали, а'не о поковке, так как последние еще неизвестны. Для этого применяем формулу
С — ^пок/^ОП.ф.О--^д/^оп.ф.д»
где шд=19,4 кг — масса детали; топ.ф.д — масса цилиндра (рис. 5.8), описанного вокруг вала, диаметром dAmax = = 90 мм и длиной £д = 480 мм. Масса одного метра

Рис. 5.8
36
круглой стали этого диаметра П2п м = 49,94 кг [5]. Масса цилиндра в килограммах
АПоп.ф д=аИп.м£д = 0,001 «49,94*480=24 кг.
Отсюда С = 19,4/24 = 0,81, что соответствует степени сложности С1.
4. Для дальнейшей работы по проектированию поковки необходимо найти массу поковки. На этой стадии работы можно ограничиться ее ориентировочным значением. Для этого пользуются формулой коэффициента использования металла: Ки.м.ср=/пд/АИо.ор, откуда /По.оР= =/Пд/Ки.м.ср, где /Ио.ор — ориентировочная масса исходной заготовки; К и.м.ср-0, 75...0,8 — среднее значение коэффи-
циента использования металла для поковок штампованных для деталей подкласса валов. Из исходных данных получаем
т0.0р= 19,4/0,8 = 24,25 кг.
5. При расчете размеров диаметров поковки с допускаемыми отклонениями пользуются таблицами ГОСТ 7505—74. В случае пламенного нагрева поковки припуск на сторону увеличивают на 1 мм в связи с угаром и обезуглероживанием поверхностного слоя металла. Результаты расчета даны в табл. 5.5.
6. При расчете длин ступеней использованы те же таблицы ГОСТ 7505—74. Результаты расчета приведены в табл. 5.6.
7. Технические требования, предъявляемые к поковке (ГОСТ 7505—74):
поковка повышенной точности (I класса);
Таблица 5.5
Диаметр ступени вала, мм Шероховатость поверхности, мкм Общий припуск на диаметр 2/7Общ, мм Диаметр ступени на поковке, мм Категория размера Допуск размера поковки штампованной, мм
80 Л, 1,25 2(2,9+0,5)=6,8 86,8 Н + 1.3 -0.7
90 /?г20 2(2,6+0,5)=6,2 96,2 Н + L3 —0,7
85 Ra2,5 2(2,64-0,5)=6,2 91,2 н + 1.3 —0,7
80 Ra0,63 2(2,94-0,5)=6,8 86,8 и ±1:1.
60 Rai,25 2(2,94-0,5)=6,8 66,8 и ±4:?
37
Таблица 5.6
Длина ступени, мм Шероховатость поверхности на торцах, мкм Общий припуск на две поверхности, ограничивающие ступень /7Общ±Добщ Длина ступени на поковке, мм Категория размера поковки Допуск размера поковки, мм
440 RA0-, Я.2,5 (3,1+0,5)+(3,1+0,5)=7,2 447,2 D +2.0 — 1,2
360 /?а2,5; /?а2,5 (3,1 +0,5)+(3,1 +0,5)=7,2 367,2 D +2,0 — 1,0
240 /?а2,5; Яа2,5 (3,1+0,5)+(2,9+0,5)=7,0 247 D -f- i ,8 -1 J)
120 ^?а2,5; /?а2,5 (3,1+0,5)+(2,7+0,5)=6,8 126,8 D + 1.7 -0,8
40 /?а2,5; Яг40 (2,54-0,5)—(3,1 +0,5)=0,6 39,4 1 +0.7 -0,4
П р 1 i м е ч а н и е. Допуск размера 40 мм, отнес енного к катег арии /,
уменьшс! ч вдвое в связ и с односторонним износом штампа.
допускаемое смещение по разъему штампа 0,9 мм; допускаемый заусенец по периметру среза 1,7 мм; внешние штамповочные уклоны 7°;
допускаемое радиальное биение поверхностей 091,2 и 066,8 относительно поверхностей 086,8 не более 1 мм;
радиус закругления внешних углов R = 4 мм;
допуски на радиусы закруглений поковки 4-2 мм;
твердость поковки после термообработки HRC 21...26; поковку очистить от окалины.
Остальные технические требования по ГОСТ 8479—70.
8. Расчет массы поковки проводят, суммируя массы ее элементарных частей:
^О.факт — 2 ^О/факт — 0,001 2 Щп.м/Д',
где тп.м — масса погонного метра поковки, кг, круглого сечения (определяется по диаметру элементарной части поковки с учетом половины положительного предельного отклонения его). Данные о массе погонного метра приведены в технологическом справочнике [5]; /, — длина элементарной части поковки, мм. Для нашего примера
/п0.факг=0,001 [46,5 • (40 4- 60 + 60) + 56,8 • 126,4 +
+ 51,6-120 + 27,6-80=23 кг.
9. Расчет коэффициента использования металла ведется по формуле (5.4) м = 19,4/23 = 0,843.
Коэффициент используемого металла оказался выше среднего (см. п. 4). Это свидетельствует о правильном
38
подходе к проектированию заготовки с учетом возможности экономии металла,
10. Стоимость поковок установлена прейскурантом 25-01. В нашем случае стоимость 1 тонны поковок составляет 232 руб. Годовому объему выпуска 4500 шт. соответствует вторая группа серийности (доплаты за серийность нет). Для принятой штамповки I класса точности доплата составляет 5%. Доплата за термообработку штамповки составляет 22 руб., а за очистку — 6 руб. за тонну. Стоимость одной тонны поковок составит: С = 232* 1,05 + + 224-6 = 271,6 руб. Стоимость одной заготовки (G) составит
Ci=0,001Cm0=0,001-271,6-23 = 6,25 руб.
11. Чертеж поковки должен содержать все данные, необходимые для изготовления, контроля и приемки поковки, и выполняется в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД. В основной надписи чертежа под наименованием детали пишут «Поковка штампованная».
Для выполнения чертежа поковки используют чертеж детали или его копию. Положение заготовки на чертеже должно соответствовать ее положению в процессе штамповки. Изображение детали на этом чертеже выполняется тонкими линиями, причем резьбы, отверстия, канавки, впадины, выточки, не выполняемые в поковке, исключаются или упрощаются.
При вычерчивании поковки учитывают все припуски на механическую обработку и кузнечные напуски (штамповочные уклоны, внутренние радиусы закруглений, перемычки отверстий и др.) с указанием их размеров. Простановку размеров поковки нужно производить только от баз, принятых для механической обработки (рис. 5.9).
39
12. По результатам проектирования можно сделать некоторые выводы.
Во-первых, один из резервов экономии металла заключается в повышении класса точности поковки. Так, если в рассмотренном примере принять нормальную точность поковки (П класс) вместо принятой повышенной, то припуски на сторону будут больше на 0,8 мм и масса поковки в этом случае возрастет примерно на 1 кг. В нашем случае это составит более 4%. При крупносерийном производстве это дало бы значительное увеличение расхода металла.
Во-вторых, другим резервом экономии металла является использование индукционного нагрева исходного материала перед штамповкой. В этом случае расчетный припуск уменьшается на 1 мм. Это тоже может дать экономию металла около 5%.
В-третьих, операционные припуски можно определить расчетно-аналитическим методом (см. § 7) и просуммировать их для каждой поверхности, получив общий припуск на механическую обработку. В ряде случаев расчет по этому методу дает заготовку меньшей массы, а следовательно, в этом методе заложена возможность экономии металла.
В-четвертых, большие резервы экономии металла заложены в технологических возможностях кузнечного производства. Следует иметь в виду, что способами получения заготовки, формы и размеры которой близки к форме и размерам детали, являются периодический прокат, поперечный прокат, ротационный обжим и др. Наилучший результат дает ротационный обжим. Метод применяется для проката как в холодном состоянии, так и с предварительным подогревом. Получаемые заготовки имеют малые погрешности размеров по диаметру (±0,15...±0,3 мм) и по длине (±1 мм), малую шероховатость (/?а = 0,6 мкм), высокий коэффициент использования металла (0,85...0,95). Производительность операции обжатия примерно 50... 100 шт/ч. При использовании таких заготовок отпадает необходимость черновой и получистовой обработки, а следовательно, резко уменьшаются общие припуски на механическую обработку. У таких заготовок нет заусенца по периметру среза, нет больших уклонов на торцах и поэтому механическую обработку осуществить значительно проще. Все это положительно скажется на производительности и экономичности изготовления деталей.
40
Задача 5.3. Сконструировать исходную заготовку — поковку, штампованную для изготовления ступенчатого вала по вариантам, приведенным на рис. 5.4 и в табл. 5.1.
Исходные данные: Материал вала — сталь 40 X. Твердость после термической обработки (улучшения) HRC 24...29. Тип производства — крупносерийное.
$ 6. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ
Успешное решение задач, которые стоят и будут в дальнейшем стоять перед машиностроением, возможно только при создании новых и совершенствовании действующих машин с целью достижения более высоких эксплуатационных характеристик при одновременном сокращении их массы, габаритов и стоимости, повышении долговечности, простоте ухода и надежности в работе. Одновременно в самом машиностроении необходимо совершенствовать технологические процессы изготовления изделий, улучшать использование всех средств технологического оснащения, внедрять в производство прогрессивные методы организации производства.
Одним из эффективных путей решения этих задач является внедрение принципов технологичности конструкций. Под этим термином понимают такое проектирование, которое при соблюдении всех эксплуатационных качеств обеспечивает минимальные трудоемкость изготовления, материалоемкость и себестоимость, а также возможность быстрого освоения выпуска изделий в заданном объеме с использованием современных методов обработки и сборки.
Технологичность — важнейшая техническая основа, обеспечивающая использование конструкторских и технологических резервов для выполнения задач по повышению технико-экономических показателей изготовления и качества изделий. Работа по улучшению технологичности должна производиться на всех стадиях проектирования и освоения в производстве выпускаемых изделий.
При выполнении работ, связанных с технологичностью, следует руководствоваться группой стандартов, входящих в Единую систему технологической подготовки производства (ЕСТПП), а именно ГОСТ 14.201—83... 14.204—73, а также ГОСТ 2.121—73 «Технологический контроль в конструкторской документации».
41
Технологичность конструкции деталей обусловливается: а) рациональным выбором исходных заготовок и материалов; б) технологичностью формы детали; в) рациональной простановкой размеров; г) назначением оптимальной точности размеров, формы и взаимного расположения поверхностей, параметров шероховатости и технических требований.
Технологичность детали зависит от типа производства; выбранного технологического процесса, оборудования и оснастки; организации производства, а также от условий работы детали и сборочной единицы в изделии и условий ремонта.
Признаками технологичности конструкции детали, например, подкласса валов являются наличие у ступенчатых валов небольших перепадов диаметров ступеней, расположение ступенчатых поверхностей с убыванием диаметра от середины или от одного из концов, доступность всех обрабатываемых поверхностей для механической обработки, возможность применить для изготовления детали исходную заготовку прогрессивного вида, которая по форме и размерам близка к форме и размерам готовой детали, возможность применять для обработки высокопроизводительные методы.
Улучшение технологичности исходной заготовки
Пример 6.1. Выполнено два варианта конструкции исходной заготовки, полученных литьем, для изготовления корпуса опоры (рис. 6.1, а>б).
Требуется установить, какой из вариантов имеет более технологичное конструктивное оформление исходной заготовки.
Решение. Корпус (рис. 6.1, а) имеет в нижней части трубчатую полость. Для образования ее в литейной форме придется применять консольный стержень, а это будет усложнять и удорожать изготовление отливки. Гладкое отверстие значительной длины в верхней части усложнит механическую обработку.
Корпус (рис. 6.1,6) в нижней части имеет крестовидное сечение, обладающее высокой прочностью и жесткостью и для изготовления отливки не нужен стержень. Это значительно облегчает изготовление форм для
42
Рис. 6.1
Рис. 6.2
литья. Отливка симметрична относительно вертикальной плоскости и легко будет формоваться в двух опоках. Отверстие в средней части имеет выемку и поэтому длина поверхности отверстия, подлежащая механической обработке, сократилась, а это, в свою очередь, значительно облегчает и удешевляет механическую обработку.
На основании изложенных соображений можно сделать заключение, что второй вариант более технологичен.
Задача 6.1. При конструировании исходной заготовки или ее элементов были предложены две конструкции (варианты приведены в табл. 6.1, на рис. 6.2).
43
Таблица 6.1
№ варианта Наименование детали Вид заготовки
I; VI Колесо зубчатое Поковка штампованная
II; VII Рычаг То же
III; VIII Крышка Отливка
IV; IX Горловина корпуса Сварная
V; X Корпус круглый Отливка
Требуется изложить соображения по оценке технологичности конструкции каждого из вариантов исходной заготовки и установить более технологичный.
Улучшение технологичности деталей и их элементов
Пример 6.2. С целью повысить технико-эконо
мические показатели технологического процесса предложено два варианта выполнения у детали элементов в конструкции корпуса, изготовляемого из отливок (рис. 6.3, а, б).
Требуется оценить их технологичность.
Решение. Бобышки и платики на корпусе детали (рис. 6.3, а) располагаются на разных уровнях, и обработку каждой бобышки приходится вести по индивидуальной наладке. Недостаточная жесткость верхней части
детали не позволяет применить методы высокопроизводительной обработки.
В конструкции на рис. 6.3,6 все обрабатываемые поверхности расположены в одной плоскости и поэтому могут обрабатываться в одном установе, например, на
Рис. 6.3
вертикально-фрезерном или продольно-фрезерном станке.
Добавленные на внутренней стороне детали ребра увеличивают жесткость корпуса. При обработке это будет способствовать уменьшению деформации заготовки от сил резания и закрепления и позволит вести обработку с высокими режи-
44
Рис. 6.4
мами резания или одновременно несколькими инструментами. При этом повысится точность и качество обработанных поверхностей.
Уровень имеющихся у детали необрабатываемых пла-тиков, находится ниже обработанных плоскостей. Это позволит более производительно вести обработку «на проход».
Задача 6.2. Один и тот же элемент конструкции детали машины может быть, конструктивно решен различно. Эти решения представляют двумя эскизами (варианты на рис. 6.4).
Требуется провести анализ сравниваемых эскизов конструкций на технологичность и обосновать выбор элемента конструкции детали.
Определение количественных показателей технологичности конструкции детали
Пример 6.3. Корпус массой тл = 2 кг (см. рис. 5.5) изготовляется из чугуна марки СЧ 20 ГОСТ 1412—79. Метод получения исходной заготовки — литье
45
Таблица 6.2
Наименование поверхности Количество поверхностей Количество унифицированных элементов Квалитет точности Параметр шероховатости, мкм
Отверстие главное 1 1 7 0,32
Торец фланца 2 — 12 1,25
Фаска 2 2 12 20
Резьбовое отверстие 8 8 9 20
Верх основания 2 '• 12 5
Отверстия основания 4 4 12 40
Низ основания 1 — 12 2,5
Итог о... Q3—20 Qy э== 15
в земляную форму , по I классу ТОЧНОСТИ (ГОСТ
кг.
1855—55); масса заготовки то = 2,62
Трудоемкость механической обработки детали Т„ = = 45 мин при базовой трудоемкости (аналога) Тб.и = = 58 мин:
Технологическая себестоимости детали Ст=2,1 руб. при базовой технологической себестоимости аналога Сб.т = 2,45 руб.
Данные конструкторского анализа детали по поверхностям представлены в табл. 6.2.
Требуется определить показатели технологичности конструкции детали.
Решение. 1. К основным показателям технологичности конструкции относятся:
абсолютный технико-экономический показатель — трудоемкость изготовления детали Т„ — 45 мин;
уровень технологичности конструкции по трудоемкости изготовления
Кут = Тя/Тб.и = 45/58=0,775.
Деталь по этому показателю технологична, так как трудоемкость ее сравнительно с базовым аналогом ниже на 22,5%;
технологическая себестоимость детали Ст = 2,1 руб.;
уровень технологичности конструкции по технологической себестоимости
Яу.с=Ст/ Сб.т=2,1 /2,45=0,857.
Деталь технологична, так как себестоимость ее сравнительно с базовым аналогом снизилась на 14,3%.
2. Дополнительные показатели:
коэффициент унификации конструктивных элементов детали
/<y.,= Qy.,/Q9= 15/20=0,75.
.По этому показателю деталь технологична, так как Куэ>0,6.
масса детали /пд=2 кг;
коэффициент использования материала
Кн.м — та/та=2/2$2 = 0,76.
Для исходной заготовки этого типа такой показатель свидетельствует об удовлетворительном использовании материала;
коэффициент точности обработки
Кт.ч = 1 — (1/Лср),
где ЛСр — средний квалитет точности:
19
ЛсР=(ц14* 2п2 -f- Зпз 4" 4" 11э)/ У. /i(-.
1
В этой формуле nt — число поверхностей детали точностью соответственно по 1... 19-му квалитетам. В нашем случае
Лср=(7.14-9-8 4-12-5+14-6)/20= 11,15;
Ктч=1-(1/11,15)= 1-0,09=0,91.
Так как /<т.ч>-0,8, то деталь по этому показателю является технологичной;
коэффициент шероховатости поверхности
Кш === 1 /Б ср, где Бер — средняя шероховатость поверхности, определяемая в значениях параметра мкм:
Б=(0,01 /114~ 0,02)ri2 4" 40/113 4- 80/1 и)/ У, /1,-.
1
В этой формуле /ii; /12;...; пц — количество поверхностей, имеющих шероховатость, соответствующую данному числовому значению параметра /?а. В нашем случае
БсР=(0,02 -1 4-1,25 - 2 4-2,5 -14-5 • 2 4-20 -10 4-
4- 40 • 4)/20 = 375,32/20 = 18,77 мкм;
Таблица 6.3
№ ва- Коли- Коли- Масса, кг Трудоем- Себестои- Сред- Сред-
рианта чест- чест- кость, мин мость, руб. НИЙ няя
во во ква- шеро-
по- уни- де- базо- литет хова-
верх- фици- де- ис- де- базо- тали вого точ- тость
но- ро- тали ход- тали вого Ст ана- ности 5ср,
стей ван- тл ной Тл ана- лога
дета- ных зато- лога Сб.т Дер МКМ
ли эле- товки Т б.к
Q. мен- то
то в
Qy.3
I; VI 19 12 0,8 1,1 28 31 1,7 2,1 8 0,63
II; VII 28 17 0,3 0,4 16 24 0,9 1,3 9,5 3,2
III; VIII 73 45 3,1 3,8 78 86 3,4 4,1 7,3 1,1
IV; IX 41 27 0,2 0,4 31 39 1,2 1,4 6,8 0,4
V; X 55 40 4,8 5,5 68 89 4,8 5,3 7,9 2,5
/<ш= 1/18,77; Лш = 0,05.
Поскольку Кш<0,32, по этому показателю деталь технологична.
Задача 6.3. О рассматриваемой детали, ее исходной заготовке и о ее базовом аналоге или прототипе известны основные данные, приведенные в табл. 6.3 для десяти вариантов.
Требуется определить показатели технологичности конструкции детали.
$ 7. ПРИПУСКИ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ. ОПЕРАЦИОННЫЕ РАЗМЕРЫ И ИХ ДОПУСКИ
При рассмотрении элементарной поверхности исходной заготовки и соответствующей ей поверхности готовой детали общий припуск на механическую обработку определяется сравнением их размеров: это — разность размеров соответствующей поверхности на исход-
Рис. 7.1
48
ной заготовке и готовой детали. При рассмотрении наружной поверхности вращения (слева на рис.7.1) общий припуск
2/70бщ^==^о dji‘r (7 <. 1)
у внутренней поверхности вращения (в центре на рис. 7.1) общий припуск
277общо — D& — Dq\ (7.2)
у плоской поверхности (справа на рис. 7.1) общий припуск на сторону
77общ/г=:=Ло Лд, (73)
где do, А), Ло —размеры исходной заготовки; dA, £>д, йд — соответствующие размеры готовой детали; 2/70б1ы и 2ПОбшо — общие припуски на диаметр, наружной поверхности и отверстия; /70бщл— общий припуск на сторону (торец, плоскость).
Припуск на механическую обработку удаляется обычно последовательно за несколько переходов и поэтому для поверхностей вращения и для плоских поверхностей
2/7Обт^:== 2 2/7с, 2Пo6iuZ)= 2 2/7/; Побтл^^ 2 /А» (7.4) где /7/ — промежуточные припуски, выполняемые в течение ьго перехода, причем на каждом следующем переходе размер промежуточного припуска меньше, чем на предыдущем, а также с каждым последующим переходом увеличивается точность и уменьшается шероховатость обрабатываемой поверхности.
Важной и ответственной работой при проектировании технологических процессов механической обработки деталей является установление оптимального для данного перехода промежуточного припуска, после чего можно определить очень важные в технологии обработки детали параметры — промежуточные размеры заготовки, которые фигурируют в технологической документации, в зависимости от которых исполнители подбирают режущие и измерительные инструменты.
Промежуточные припуски на каждый переход можно установить двумя методами:
1) опытно-статистическим методом, пользуясь таблицами в технологических справочниках, ведомственных руководящих технологических материалах и других ис-
49
точниках. В этих источниках часто отсутствуют таблицы для определения операционных припусков на первый -черновой переход. Операционный припуск на черновой переход определяют расчетом по формуле
П1 /7обШ (77 2 77з 4“... 4~ П п\
(7.5)
где Побщ — общий припуск на механическую обработку, установленный при проектировании заготовки (см. § 5); Ль /72;..., Пп — промежуточные припуски соответственно на 1-й, 2-й, n-й переходы;
2) расчетно-аналитическим методом по специальным формулам, с учетом многих факторов обработки. При расчете по этому методу операционные припуски получаются меньше, чем выбранные по таблицам, что позволяет экономить металл, снизить себестоимость обработки. Этот метод применяют при проектировании технологических процессов обработки деталей с большим годовым объемом выпуска. В технологической документации и в практике обработки используют промежуточные номинальные размеры с допускаемыми отклонениями. Как видно на схеме (рис. 7.2) расположения припусков и допусков при обработке, номинальные промежуточные размеры зависят от номинальных припусков, которые находят по формуле
(7-6)
где Г(_|—допуск на промежуточный размер на предыдущем переходе.
Для различных поверхностей используют следующие формулы:
для поверхностей вращения, кроме случая обработки в центрах:
2naOMi=2(R:i-l + Тдеф/-! + /ef-i + е?) + т,- >;(7.7)
для поверхностей вращения при обработке в центрах:
(7-8)
для плоских поверхностей
/7ном/=== Rzi— I 4~ 7деф/— I “Н Qi— i 4” 4“ 7/— |,
(7.9)
50
Исходная заготовка
- поле допуска
поле припуска
-материал детали
Готовая деталь
Рис. 7.2
для двух противолежащих плоских поверхностей при одновременной их обработке:
277ном/=2(/?л-| + Тдсф(-1 + Qi~ 1 + Si) + 7’;—!, (7.10)
где RZi-i — высота микронеровностей на поверхности после предшествующего перехода [10; 21]; Гдеф«-1 — толщина (глубина) дефектного слоя, полученная на пред- ' шествующем смежном переходе, например, литейная корка, обезуглероженный или наклепанный слой (это слагаемое не учитывается для чугунных деталей, начиная со второго перехода, и для деталей после термообработки [10; 21]); 1 — суммарное значение простран-
ственных отклонений взаимосвязанных поверхностей от правильной формы (коробление, эксцентричность и др.), оставшихся после выполнения предшествующего перехода (суммарное значение пространственных отклонений уменьшается с каждым следующим переходом: qi = = O,O6qo; Q2 = 0,05qi; q3 = 0,04q2. При нежестком закреплении заготовки или инструмента, например, в качаю-
51
щихся или плавающих державках q,_i=O); 8/ — погрешность установки заготовки на станке при выполнении рассматриваемого перехода:
г —
2 присп,
(7.И)
где 8баз, взакр, £присп — соответственно погрешности базирования, закрепления и приспособления (при установке в центрах ег = 0, при обработке на многопозиционных операциях при смене позиции учитывают погрешность индексации еИНд = 50 мкм по формуле 8;=0,06 ef-i + 4“ винд); — допуск на промежуточный размер (при определении припуска на первый черновой переход для наружных поверхностей учитывается лишь минусовая его часть То, а для внутренних поверхностей — плюсовая часть Т&допуска исходной заготовки).
Промежуточные размеры при обработке наружных поверхностей вращения (валов) устанавливаются в порядке, обратном ходу технологического процесса обработки этой поверхности, т. е. от размера готовой детали к размеру заготовки путем последовательного прибавления к наибольшему предельному размеру готовой поверхности детали (исходному расчетному размеру) припусков /7ном4, /7номз; /7ном2; 77Ном1‘ Допуски этих размеров устанавливаются по системе вала с полем допуска h соответствующего квалитета.
За исходный расчетный размер берется наибольший предельный размер готовой поверхности. Округление промежуточных размеров производится в сторону увеличения промежуточного припуска до того же знака, что и допуск этого размера.
Особенности расчета промежуточных припусков и размеров для внутренних поверхностей состоят в следующем:
а) допуски промежуточных (межоперационных) размеров устанавливаются по системе отверстия с полем допуска Н соответствующего квалитета;
б) номинальные размеры и номинальные припуски, на всех переходах, кроме первого, связаны зависимостью
П
ном/
(7-12)
а номинальный припуск для первого (чернового) перехода определяется по формуле
52
Яном 1—П mini + 7tf, (7.13)
где — плюсовая часть допуска заготовки;
в) промежуточные размеры устанавливаются в порядке, обратном ходу выполнения технологического процесса от размера готового отверстия к размеру заготовки путем вычитания из наименьшего предельного размера готового отверстия (исходный размер) припусков Лномз; /7ном2; /7номь Допуски их ставятся по системе отверстия с полем допуска Я;
г) за исходный расчетный размер принимают наименьший предельный размер готового отверстия.
Схема полей допусков наружной поверхности детали, заготовок на всех стадиях обработки и исходной заготовки и полей припусков общего и промежуточных представлены на рис. 7.2.
Выбор промежуточных припусков при обработке вала из проката и расчет промежуточных размеров
Пример 7.1. Ступенчатый вал длиной Лд = 480 мм (рис. 7.3) изготовляется в условиях мелкосерийного производства из стального круглого горячекатаного проката обычной точности диаметром Яо= ЮО мм. Наибольшая по диаметру ступень вала 0 90й i0(90_o,3s) с шероховатостью поверхности /?а5(/?г20) обрабатывается двукратно: предварительным и окончательным точением.
Требуется: установить общий припуск на механическую обработку диаметрального размера; установить промежуточные припуски на оба перехода обработки статистическим методом; рассчитать промежуточный размер.
Решение. 1. Общий припуск на механическую обработку на диаметр определяем по формуле 7.1:
277Общб/~ 100 — 90= 10 мм.
2. Промежуточный припуск на диаметр при чистовом точении вала [15] равен
27/2табл — 1,2 ММ.
Для мелкосерийного характера производства припуск увеличивается, для чего вводится коэффициент К = 1,3, т. е. 2/72раСЧ = = 1,2 • 1,3 = 1,56 мм ~ ~ 1,6мм.
Рис. 7.3
53
Рис. 7.4
Так как указания относительно размера операционного припуска на диаметр при черновом точении в технологических справочниках отсутствуют, определяем его расчетом, используя формулу (7.4):
2/7i==2/7o6lHd —2/72расч= Ю —1,6=8,4 мм.
Итак, исходный расчетный размер диаметра (наибольший предельный размер) равен dHCx = 90 мм, операционный припуск на чистовое точение 2/7г=1,6 мм. Диаметр заготовки после чернового точения равен d\ — = d„cx + 2/7о = 91,6; он же с допуском: d\ =91,6й12,. или d\ =91,6-0.35; шероховатость поверхности /?а20.
В технологической документации выполняются операционные эскизы на оба перехода (рис. 7.4, а,б).
Задача 7.1. Для изготовления ступенчатого вала (рис. 7.5) в качестве заготовки использован горячекатаный стальной круглый прокат обычной точности диаметром do- Наибольшая по диаметру ступень этого вала диаметром da, изготовляемая с точностью по 11-му квалитету и шероховатостью поверхности /?аЮ, обрабатывается дважды предварительным и окончательным точением. Варианты задачи приведены в табл. 7.1.
Таблица 7.1
№ варианта I и III IV V VI VII VIII IX X
^д» мм 75/111 85а 11 65Ы 1 95а 11 60^11 95<Ш 70а 11 90/i 11 806/11 55/111
б/о, мм 80 95 70 105 65 100 75 95 90 60
мм 430 460 320 450 325 400 400 420 450 300
54
Требуется: установить с помощью таблиц общий и промежуточный припуски; рассчитать промежуточный размер и выполнить операционные эскизы.
Установление статистическим методом (по таблицам) промежуточных припусков на каждый переход и расчет промежуточных размеров заготовки
Пример 7.2. Многоступенчатый вал (рис. 7.6) изготовляется из штампованной поковки повышенной точности (1 класс). Заготовка прошла фрезерно-центровальную обработку, в результате которой были подрезаны торцы и созданы центровые отверстия.
Наружная цилиндрическая поверхность одной ступени вала имеет диаметр ^д==85р6(85фо;оз7| с шероховатостью Ra 1,25. Ступень исходной заготовки (см. пример 5.3) имеет диаметр do=91,2±o’z и шероховатость /?г250 (/?а60).
Принятая последовательность обработки указанной поверхности приведена в табл. 7.2.
Требуется: провести анализ исходных данных; установить статистическим методом (по таблицам) операционные припуски на каждый переход; рассчитать промежуточные размеры для выполнения каждого технологического перехода.
Решение. 1. Общий припуск на механическую обработку на диаметр составляет 6,2 мм. Коэффициент уже-
Таблица 7.2
Последовательность обработки (содержание перехода) Квалитет точности Параметр шероховатости Ra, МКМ
Точить поверхность предварительно 12...14 20,0
Точить поверхность под шлифование 10... 11 5,0
Шлифовать поверхность предварительно 8...9 2,5
Шлифовать поверхность окончательно 6 1,25
55
стечения размера обрабатываемой поверхности составляет
Кужест.р = Го/ Гд = 2000/22=91.
Заметим, что допускаемое отклонение диаметра исходной заготовки соответствует примерно 16-му квали-тету точности (7Г16), а готовой детали — 6-му квалитету точности (/Гб). Таким образом, точность при обработке увеличивается примерно на десять квалитетов. Такой перепад точности можно достичь за четыре этапа обработки, так как каждый этап обработки увеличивает точность размера в среднем на 2...3 квалитета.
2. Выбор операционных припусков на диаметр выполняем по таблицам [15].
Общий припуск 2/7общ=6,2 мм. Табличное значение операционного припуска на диаметр при шлифовании составляет 0,5 мм, распределяем его на шлифование предварительное и окончательное (примерно в отношении 3:1) и получаем 2/7з=0,375 мм и 2/74 = 0,125 мм. Округленно принимаем 2/7з=0,4; 2/74 = 0,1. Припуск на точение под шлифование 2/72 — 1,2 мм. Отсюда находим припуск на черновое точение:
2/71 == 2/7общ — 2/7 2— 2/7з — 2/74=::4,5 мм.
Параметры поверхности после механической обработки для каждого перехода представлены в табл. 7.3.
По данным табл. 7.3 можно сделать следующие выводы:
а) общий припуск делится по переходам в отношении
Таблица 7.3
№ перехода Обозначение и размер промежуточного припуска на диаметр Поле допуска Допустимое отклонение размера, мм Шероховатость поверхности, мкм
0 2/7общ = 6,2 мм 16/Т 4-1.3 -0.7
(1 класс по /?а60
- ГОСТ (/Ъ250)
7505 —74)
1 2/71=4,5 мм Л13 0 — 0.54 /?а20
2 2/72= 1,2 мм ЛЮ 0 -0.14 /?а5,0
3 2/73 = О,4 мм Л8 0 -0.054 /?а*2,5
4 2/74—0,1 мм рб + 0,059 + 6,037 Яа1,25
56
Таблица 7.4
№ перехода Содержание перехода и размер после рассматриваемого перехода - Расчет величины Промежуточный размер с допуском Шероховатость, мкм
4 Шлифовать поверхность </4=85р6(85фШ
3 окончательно Диаметр готовой поверхности ступени Исходный расчетный размер (для наружных поверхностей — наибольший предельный) Шлифовать поверхность предваритель- = i/qepr. dHCx =85,059 Яа1,25
2 но Точить поверхность по-лучисто (под f/g = d„cx + 2/74 d3 = 85,059 *4“ + 0,1=85,159 d3 х= 85,159Л8 (85,159—о,о54) /?а2,5
1 шлифование) Точить поверхность на- d2 ---- d3 —- d2=85,159 + + 0,4 d2=85,559 d2 = 85,559ft 10 (85,559_ai4) d2 = 85,56/i 10 (85,56-0,14) /?а8,0
0 черно Диаметр поверхности исходной заготовки (поков- d| = d2 + 2/72 d} =85,56+ 1,2 dj =86,76 d, =86,76/113 (86,76-0,54) Яа20
ки) d0= di + 2/7i dg = 86,76 + + 4,44 = 91,2 d0=91,2+k3r R а80
72,5%, 19,5%, 6,5% и 1,5%, что соответствует правилам технологии механической обработки;
б) после каждого перехода точность повышается в такой последовательности (по квалитетам): 16—13— 10—8—6 и соответственно допуск размера уменьшается
57
Рис. 7.7
(происходит ужесточение допуска) в 4,3; 3,8; 2,6 и 2,1 раза;
в) после каждого перехода происходит уменьшение параметров шероховатости сначала в 3...4 раза, а затем в 2 раза.
3. Расчет промежуточных размеров для выполнения каждого технологического перехода ведется по методике, изложенной в начале в § 7. Его результаты сведены в табл. 7.4.
4. Операционные эскизы для каждого перехода пред-, ставлены на рис. 7.7, а, б, в.
Задача 7.2. Четырехступенчатый вал изготовляется из штампованной поковки повышенной точности (I класс). У этой заготовки подрезаны и зацентрованы торцы (рис. 7.8). Наружная цилиндрическая поверхность одной ступени вала имеет диаметр йд с шероховатостью Ra 1,25. Ступень исходной заготовки имеет диаметр do и ее шероховатость /?а 60(/?г250).
Заготовку обрабатывают в такой последовательности:
1. Точить предварительно (поле допуска /ill.../i!2, Ra 20).
2. Точить получисто (поле допуска /ill.../ИО, /?а5).
3. Шлифовать предварительно (поле допуска Zi9.../i8, /?а2,5).
4. Шлифовать окончательно (поле допуска JT6, /?3 1,25).
Требуется: выбрать
Рис. 7.8
операционные припуски; рассчитать промежуточные размеры для выполнения каждого из четырех переходов; выполнить операционные эскизы (варианты заданий приведены в табл. 7.5).
58
Таблица 7.5
№ варианта Диаметр поверхности детали мм Диаметр поверхности заготовки d0, мм Длина заготовки L, мм № варианта Диаметр шейки детали м*м Диаметр шейки заготовки d0, мм Длина заготовки L, мм
I 45лп6 51 + 'о5 430Л11 VI 7546 82,4 +$ 425Л11
П 55^6 61,2+$ 460A1I VII 5066 55,8+$ 400Л11
HI 55/пб 60±.кб 320/г 11 VIII 70е8 76,8+ $ 420/111
IV 65/7 71,2+$ 450ЛI1 IX 50Л6 56,2+$ 450ЛI1
V ЗОпб 34,8+$ 325А11 X 40/9 44,4 + $ ЗООЛ11
Определение промежуточных припусков расчетно-аналитическим методом и расчет промежуточных размеров
Пример 7.3. Ступенчатый вал (см. рис. 7.8) в условиях крупносерийного производства изготовляется из штампованной поковки I класса точности.
Масса заготовки то=23 кг; диаметр рассматриваемой поверхности исходной* заготовки do=91,2±o:7 шероховатость ее /?г250; допуски: на смещение штампа qcm = =0,9 мм; на коробление — qkop=0,5 мм (половина допуска на биение). Остальные данные имеются в примерах 5.3 и 7.2.
Требуется для средней ступени диаметром с1л= = 85р6(фо:оз?), имеющей шероховатость Ra 1,25, определить промежуточные припуски на все переходы расчетноаналитическим методом.
Решение. 1. Сбор дополнительных исходных данных для выполнения расчета промежуточных припусков производится по литературе [10; 21, Т. 1]; допуски на промежуточные размеры — по СТ СЭВ 144—75. Последовательность обработки, число переходов и достигаемые результаты по точности и шероховатости такие же, как в примере 7.2.
Расчет отклонений формы штамповки, подготовленной к токарной обработке (подрезаны торцы и выполнена зацентровка) производится по формуле
/—W----------------2~
QO-3-- У Qcm г Qxop 4“ 2н«
Таблица 7.6
№ перехода Вид обработки и способ установки заготовки Квалитет точности Числовые значения величин в формуле 7.8 для расчета 2/7Ном
шероховатость толщина дефектного слоя Г деф» МКМ ' суммарное пространственное отклонение р, мкм погрешность установки в, мкм допуски Г, мкм
0 Исходная заготовка /Л6 Яа60 250 1172 4-1300 -700
1 Точение черновое, установка в центрах /ИЗ Л.20 50 70 0 0 -540
2 Точение получистовое, установка в центрах /НО /?а5 25 3,5 0 0 - 140
3 Шлифование предварительное, установка в центрах Л8 /?а2,5 2.0 0 0 0 -54
4 Шлифование окон-. нательное, установка в центрах рб Ла1,25 1,5 0 0 4-59 4-37
В нашем случае рц = 0,25 /Гок.ш + 1, где Г0к.ш = 2 мм— допуск на диаметр крайних ступеней штамповки, т. е. qu=0,56 мм.
Отсюда
ро= /0,92+0,52+0,562 = 1,172 мм = 1172 мкм.
Пространственные отклонения заготовки в ходе обработки уменьшаются: qi=0,06 qo=O,O6* 1172=70 мкм; q2 = 0,05qi =3,5 мкм; q3 = q4 —0. Все исходные данные сведены в табл. 7.6.
2. Расчет номинальных операционных припусков производим по формуле (7.8). Номинальный промежуточный припуск на диаметр на черновое точение равен
2/7ном = 2(250 + 250+1172) + 700=4044 мкм.
60
Номинальные припуски на диаметр на остальные три перехода по обработке этой же поверхности составят:
2Лном2 = 2(80 + 50 + 70)4-540==940 мкм;
2/7номз:== 2(20 + 25 + 3,5) + 1 40 = 237 мкм;
2/7Ном1 = 2(10 + 20 + 54)== 114 мкм.
3. Расчет промежуточных номинальных размеров с допусками и обозначениями параметров шероховатости, необходимый для исполнения детали, ведут от расчетного размера ступени — наибольшего предельного размера готовой детали — последовательно прибавляя к нему значения номинальных припусков (2/7НОм/) в порядке, обратном ходу технологического процесса. Округление промежуточных размеров производится в сторону увеличения припусков до той же значащей цифры, как в допуске промежуточного размера (табл. 7.7).
Таблица 7.7
Определяемая величина Обозначение величины Числовое значение Шероховатость
Размер поверхности готовой детали б/черт 85p6(85tS:S^ /?а1,25
Исходный расчетный размер (наибольший предельный размер наружной поверхности) бСсх 85,059 мм
Номинальный припуск на диаметр при чистовом шлифовании 2/7 ном4 0,114 мм
Расчетный диаметр поверхности после получисто-вого шлифования dpaC4= ^-^^исх “F 2/7 ном4 ^/расчЗ 85,173/18 /?а2,5
Округленный диаметр после получистового шлифования ^3 (85,173_о,054) 85,173/i8
Номинальный припуск на диаметр при предварительном шлифовании 2/7 номз 0,237
Расчетный диаметр поверхности после получистового точения ^расч2=</з-Ь -}-2/7номз £/расч2 85,41ft 10 (85,41 -о., 0 Яа5
61
Продолжение табл, 7.7 *
Определяемая величина Обозначение величины Числовое значение Шероховатость
Диаметр после получисто-
вого точения (округленный) Номинальный припуск на диаметр при получистовом ^2 85,41/г 10
точении Расчетный диаметр после чернового точения dpac4i = 2/7 цом2 0,94 мм
=£/г4-2/7 ном2 Диаметр после чернового f/расч! 86,35ft 13 (85,35-0.54) /?а20
точения (округленный) Номинальный припуск на диаметр при черновом то- dx 86,35ft 13
чении Расчетный диаметр зато- 2/7цом1 4,044 —
ТОВКИ б/расчО““^ 1 + 2/7ном 1 Диаметр заготовки с до- ^/расчО 90,394 tJ:’ —
пуском (округленный) t/o 90,4±i:? Яа60 (/?z250)
4. Общий припуск на механическую обработку этой поверхности составит: 2/7Обш</ = 4044+940+237+114= = 5335 мкм.
При определении операционных припусков расчетноаналитическим методом диаметр заготовки может быть принят 85+5,335=90,4 мм вместо 91,2, как это было рассчитано при проектировании штамповки (см. пример 5.3). Экономия составит по диаметру 0,8 мм, по массе — около 0,5 кг, или 2,5% массы исходной заготовки. Отсюда вытекает, что использование расчетно-аналитического метода открывает в ряде случаев возможность значительной экономии металла заготовок, чем при расчете по табличному методу.
Задача 7.3. Четырехступенчатый вал изготовляется из штампованной поковки повышенной точности (1 класс).
Требуется для ступени этого вала, имеющей диаметр с шероховатостью Ra 1,25 определить промежуточные припуски на все переходы расчетно-аналитическим способом.
Исходные данные для решения задачи по вариантам даны в табл. 5.3; 7.6; 7.8 и на рис. 5.4. Задачу выполнять в объеме примера 7.3.
62
Таблица 7.8
№ варианта Масса зато-товки то. кг Погрешность заготовки Диаметр ступени готовой детали (/д, мм № варианта Масса зато-товки т0, кг Погрешность заготовки Диаметр ступени готовой детали da, мм
по смещению Сем, ММ по короблению Скор, ММ по смещению Сем» мм по короблению Скор, мм
I II III IV V 7,9 13,7 5,1 13,7 3,0 1,2 1,3 U 1,3 1,0 0,8 0,8 0,6 0,8 0,7 45/пб 55g6 35/пб 65/7 ЗОпб VI VII VIII IX X 23,2 5,9 18,3 11,9 2,4 1,4 U 1,4 1,3 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,7 75d8 4066 70е8 5066 25/7
§ 8. ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Разработка технологического процесса изготовления детали представляет собой комплекс взаимосвязанных работ, включающих: выбор исходной заготовки; выбор технологических баз; подбор типового технологического процесса; определение последовательности и содержания технологических операций; определение и выбор средств технологического оснащения и средств автоматизации и механизации, составление заказов на них; назначение и расчет режимов обработки; нормирование процесса; определение профессий и квалификации исполнителей; организацию производственных участков, выбор средств внутрицехового транспорта; планировку производственных участков с разработкой операций перемещения изделий и отходов; оформление технологической документации на весь технологический процесс.
Важное место в технологии машиностроения занимают групповые технологические процессы. Они предназначены для совместного изготовления группы изделий различной конфигурации. Целью разработки группового процесса является применение методов и средств крупносерийного и массового производства в условиях единичного, мелкосерийного и серийного производства. Для этого еще до разработки технологического процесса производят группирование деталей по технологическому подобию, а потом разрабатывают деталь-представитель.
63
Типовой технологический процесс является схематическим общим процессом изготовления совокупности деталей одного класса, имеющих общий план обработки основных поверхностей с применением однородных операций. На основе типовых процессов разрабатываются наивыгоднейшие рабочие технологические процессы для конкретной детали.
Типизация технологических процессов имеет в своей основе конструкторскую и технологическую классификации деталей с помощью специальных кодов. Код заключает в себе характеристику конструкторских и технологических особенностей детали. При кодировании пользуются конструкторскими и технологическими классификаторами деталей [9; 26].
Установление конструкторского кода детали
Пример 8.1. Установить конструкторский код и классификационную характеристику детали — вала (см. рис. 5.2).
Решение. Вал относится к общемашиностроительным деталям и является телом вращения и поэтому ее отнр-сим к классу 40 «Детали общемашиностроительного применения — тела вращения» (код 40).
Подкласс и группу детали устанавливаем сопоставляя ее чертеж и эскизы типовых представителей. Деталь имеет длину L = 480 мм, наибольший диаметр d=90 мм и так как L>2d, то относим ее к подклассу валов (код 1). Она имеет наружные цилиндрические поверхности с двусторонними уступами и не имеет наружной резьбы и поэтому соответствует группе 5 (код 5) [9].
Пользуясь классификационной сеткой группы 40 15 [9, с. И], устанавливаем, что так как вал не имеет центрального отверстия, закрытых уступов, пазов, лысок, граней на наружной поверхности и дополнительных
Таблица 8.1
№ варианта I; И III; IV V; VI VII; VIII IX; X
Наименование детали Корпус круглый Рычаг с хомутом Крышка Рычаг Шкив
64
'л
Рис. 8.1
отверстий, то подгруппа и вид имеют классификационную характеристику И (код 11).
Конструкторский код детали целиком записывается
3—961
65
в виде: АБВГ. 40 151L XXX, где АБВГ (здесь условно) — обозначение кода организации — разработчика, XXX (также условно) — регистрационный номер детали.
Задача 8.1. Установить конструкторский код и изложить классификационную характеристику детали (варианты приведены на рис. 8.1 и в табл. 8.1).
Установление технологического кода детали
Пример 8.2. Установить технологический код и классификационную характеристику детали — вала (см. рис., 5.2). Дополнительные данные о детали следующие: материал — сталь 45 ГОСТ 1050—74; вид детали по технологическому процессу — обрабатываемая резанием; исходная заготовка — штампованная горячая некалиброванная поковка; термообработка (улучшение) производится перед механической обработкой до твердости HRC22...26; масса 19 кг. Конструкторский код детали АБВГ. 40 1511.XXX.
Решение. Технологический код детали устанавливается по литературе [26] (дальше в примере ссылки относятся к этому источнику).
Код размерной характеристики детали устанавливается по табл. 0.1.1. Он имеет три знака. С учетом ее габаритных размеров и ввиду отсутствия центрального отверстия код размерной характеристики будет 9А0.
Код группы материала (табл. 0.2) имеет два знака. Углеродистой конструкционной стали марки 45 соответствует код 02.
Код вида детали по технологическому процессу имеет один знак. Виду «детали, обрабатываемые резанием» (табл. 0.3) соответствует цифра 4.
Первая постоянная часть технологического кода (основные признаки технологической классификации детали), таким образом, имеет вид 9А0024.
Код вида заготовки имеет два знака. Код поковки штампованной некалиброванной (табл. 5.1)—24.
Код квалитета точности наружных и внутренних размеров (табл. 4.2) имеет 2 знака. При точности наружных поверхностей по 6-му квалитету и отсутствии отверстий кодами соответственно будут цифры 2 и 0.
Код шероховатости наружной поверхности (табл. 4.3) имеет один знак. При шероховатости /?а==0,63 мкм код — 4.
66
Код характеристики элементов зубчатого зацепления (табл. 4.4) имеет один знак. У заданной детали зубчатое зацепление отсутствует, и присущий коду знак будет 0.
Код характеристики термической обработки (табл. 4.5) имеет один знак. Для заданных условий код — 1.
Код весовой характеристики (табл. 4.6) имеет один знак. При массе детали 19,2 кг он обозначается буквой Д.
Итак, вторая часть технологического кода, группирующая признаки детали, обозначается 2423401Д.
Полный конструкторско-технологический код детали, рассматриваемой в примерах 8.2, 8.3 и представленной на рисунке 5.2, выглядит так:
АБВГ. 40 1511. XXX. 9А0024. 2423401Д.
Задача 8.2. Для проектирования технологического процесса изготовления детали методами резания задана деталь (варианты по примеру 8.1). Дополнительные данные о детали (по вариантам) приведены в табл. 8.2.
Требуется установить технологический код детали и технологическую классификационную характеристику ее и составить полный конструкторско-технологический код детали.
Таблица 8.2
№ вари-анта Материал детали Исходная заготовка Термообработка Масса, кг
I Чугун СЧ15 Отливка по выплавляемой модели 4,3
II Алюминий АЛ9 Отливка под давле-
нием — - 1,3
III Сталь 45 Поковка штампо-
ванная HRC30 0,9
IV Чугун КЧЗО Отливка по выплавляемой модели 0,9
V Чугун СЧ18 Отливка в земляную форму 4,2
VI Алюминий АЛ9 •Отливка под дав-
лением — - - 1,25
VII Сталь 40Х Поковка штампо-
ванная HRC30 2,8
VIII Чугун КЧЗЗ Отливка в земляную форму —* 2,8
IX Чугун СЧ24 То же 1 12,5
X Сталь 45 Поковка штампо-
ванная HRC28 12,5
3* *
67
Декодирование и технологический анализ детали
Пример 8.3. Деталь (см. рис. 5.2), заданная для проектирования технологического процесса изготовления, имеет полный конструкторско-технологический код АБВГ.40 1511.XXX. 9А0024.2420401 Д.
Решение. Декодирование выполняем с помощью источников [9; 26]. Результаты представлены в табл. 8.3.
Таблица 8.3
Код Пояснение и результаты анализа
Конструкторский код АБВГ. 40 15И.ХХХ
АБВГ Код организации-разработчика указывает организацию, выпустившую конструкторскую документацию
40 Класс деталей общемашиностроительного применения — тел вращения. Деталь такой формы для изготовления удобна
1 Подкласс тел вращения, у которых длина больше двух диаметров. В нашем случае /.=480 мм, a dmax=90 мм, т. е. I/dmax = 5,3 > 2. Следовательно, вал обладает достаточной жесткостью. Наружные цилиндрические поверхности легко обрабатываются на токарных и круглошлифовальных станках с установкой заготовки на центрах
5 Группа деталей с двусторонними уступами без наружной резьбы. Двустороннее расположение уступов свидетельствует об относительной равнопрочности детали. Такое расположение уступов облегчает подход инструментов к ступеням вала, особенно при обработке на многорезцовых копировальных полуавтоматах
I Подгруппа деталей без центрального отверстия. Отсутствие его несколько утяжеляет деталь, но исключает трудоемкую операцию по образованию отверстия
1 Вид деталей без закрытых уступов, пазов, лысок, граней на наружной поверхности и без дополнительных отверстий. Это упрощает обработку ступеней вала благодаря простоте подвода к ним режущих инструментов. Отсутствие других конструктивных элементов сокращает - объем механической обработки, т. е. трудоемкость и себестоимость изготовления детали
XXX Регистрационный номер детали
Продолжение табл. 8.3
Код
Технологический код детали 9А0024.2420 401Д
Код основных признаков (постоянная часть) 9А0024
9А0 Размерная характеристика детали: наибольший наружный диаметр детали находится в пределах 71...95 мм (цифра 9), длина 350...500 мм (буква А). Цифра 0 свидетельствует об отсутствии центрального отверстия. Габаритные размеры детали позволяют выбрать станочное оборудование, на котором целесообразно обрабатывать заготовку этой детали. В нашем случае токарные и круглошлифовальные станки должны обладать следующими характеристиками: наибольший диаметр заготовки над суппортом более 100 мм; расстояние между центрами более 500 мм
02 Группа материала: сталь углеродистая, качественная конструкционная с содержанием углерода 0,25...0,6%. В нашем случае материалом детали является сталь 45 с содержанием углерода 0,42...0,5%. Она обладает высокими механическими свойствами (твердость горячекатаной стали без термической обработки не более НВ229, после отжига — не более НВ 197, после улучшения НВ228...250 или HRC22...25). Эта сталь может подвергаться термообработке, хорошо обрабатывается давлением в горячем состоянии резанием всеми видами режущих инструментов
4 Вид детали по технологическому процессу — обрабатываемая резанием. В примере предусмотрена обработка резанием на фрезерно-центровальном, токарных и круглошлифовальных станках
Код признаков, определяющих вид детали, — переменная часть 2420401Д
24 Вид исходной заготовки — горячая некалиброванная штамповка. Выбор в качестве исходной заготовки для рассматриваемого вала горячей объемной штамповки позволяет получить ее близкой по форме и размерам к детали и дает высокие технические и экономические показатели технологического процесса
2 Код наивысшего квалитета точности размеров наружных поверхностей — по.6--му и 7-му квалитетам. В нашем случае наивысшая точность размеров наружной поверхности по 6-му квалитету. Наружные поверхности такой точности обрабатываются двукратным точением или однократным точением и двукратным круглым шлифованием
0 Код наивысшего квалитета точности размеров внутренних поверхностей; таких поверхностей у детали нет
Продолжение табл. 8.3
Код
4
Код шероховатости наружных поверхностей с наименьшим параметром Ra в пределах 0,63...0,16 мкм. В нашем случае наиболее чисто обрабатываемая наружная поверхность имеет шероховатость Ra0,63. Достигается она чистовым точением или тонким круглым шлифованием
0 Характеристика элементов зубчатого зацепления: в нашем случае элементы зубчатого зацепления у детали отсутствуют
1 Характеристика термической обработки: соответствует термической обработке до твердости HRC^38. В нашем случае требуется твердость HRC22...25, которая для стали 45 достигается улучшением (закалкой с последующим высоким отпуском), которое рационально выполнить до операций механической обработки, т. е. над исходной заготовкой. Обработка стали после такой термообработки лезвийным и образивным инструментами вполне возможна и не вызывает трудностей. Кроме того, при такой последовательности технологического процесса технологический поток обработки заготовки на механическом участке не прерывается (данные о твердости материала используют также при техническом нормировании операции)
Д Весовая характеристика детали: масса детали находится в пределах 16...25 кг. Масса детали в нашем случае равна 19,2 кг, а масса исходной заготовки 23 кг. Поэтому требуется применение грузоподъемных средств и устройств для установки и снятия заготовок со станка. Информация о массе и габаритных размерах исходной заготовки и детали используется при техническом нормировании; она нужна также для выбора тары, организации и оснащения межоперационного и межцехового транспорта.
Примечания: 1. Проведенный анализ конструкторского кода детали позволяет считать, что качественный показатель технологичности конструкции детали вполне удовлетворительный. Основной вид обработки детали — обработка резанием. Основные операции технологического процесса: обработка крайних торцов, зацентровка, токарные и круглошлифовальные операции.
2 . Анализ технологического кода подтверждает вывод о технологичности конструкции детали. Он помогает технологу в работе по проектированию технологического процесса механической обработки детали.
Задача 8.3. В результате решения задач 8.1 и 8.2 составлен полный конструкторско-технологический код детали.
Требуется произвести декодирование и выполнить анализ конструкторско-технологических признаков детали применительно к среднесерийному типу производства.
70
Таблица 8.4
№ варианта Конструкторский код детали № варианта Конструкторский код детали № варианта Конструкторский код детали
I 40 5752.001 V 40 6115.005 VIII 50 1618.008
II 50 1614.002 VI 40 6425.006 IX 40 2155.009
III 40 8352.003 VII 40 4265.007 X 50 3422.010
IV 50 1514.004
Упражнение 8.3. Пользуясь конструкторским кодом, составьте описание заданной детали и выполните ее эскиз (варианты указаны в табл. 8.4).
Определение количества технологических переходов при механической обработке для достижения заданной точности размера поверхности
Пример 8.4. Элементарная поверхность ступени вала диаметром 0 85р6 (85фо,’оз?) изготовляется из штампованной поковки повышенной точности диаметром 0 91,2+А;?.
Требуется: проанализировать исходные данные; определить количество технологических переходов для достижения заданной точности размера рассматриваемой ступени; установить точность промежуточных размеров.
Решение. 1. При анализе устанавливаем, что в процессе механической обработки рассматриваемой поверхности допуск размера диаметра исходной заготовки Td0=2 мм уменьшается до допуска размера диаметра детали 7^д=0,022 мм (соответственно возрастает точность размера). При этом общий коэффициент ужесточения точности размера вычисляется по формуле
/<уж.р.обЩ = TdJTd = 2/0,022=90.
2. Количество потребных технологических переходов определяется по формуле
Принимаем п=4.
3. Допуск размера диаметра заготовки 7к0 = 2 мм соответствует примерно, 16-му квалитету точности, а допуск
71
Т а б лица 8.5
№ варианта Вид исходной заготовки ' Диаметр исходной заготовки d0, пгт Диаметр детали 4Д» мм
I Поковка на радиально-ковочной
машине 48/.S13 46п6
II Литье в оболочковую форму 73/511 70/7
III Литье 90 ±0,6 8556
IV Поковка штампованная 8I.2±2i?i 7566
V Литье по выплавляемой модели 35/510 33т7
VI Литье 150_±1 142е8
VII Прокат горячекатаный стальной 90t’;35 85г6
VIII Поковка свободной ковки 184 ± 3 160g6
IX Прокат калиброванный 56610 55/7
X Литье в кокиль 49/514 45п6
размера детали — 6-му квалитету. Следовательно, точность повышается на 16—6=10 квалитетов. По принятым четырем технологическим переходам распределяем его по закону прогрессивного убывания: 10=4+3+2+1. Точность промежуточных размеров заготовки в процессе механической обработки будет соответствовать:
после 1 -го перехода
» 2-го »
» 3-го »
» 4-го »
12-му квалитету (Л12);
9-му » (А9);
7-му » (/17);
6-му » (Рб).
Задача 8.4. Элементарная наружная поверхность вращения детали диаметром йд изготовляется из заготовки, имеющей диаметр do.
Требуется установить количество технологических переходов для осуществления обработки этой поверхности и изменение точности промежуточных размеров по переходам. Варианты даны в табл. 8.5.
Выбор технологического оснащения при проектировании токарной операции и оформление операционной карты
Пример 8.5. Для условий серийного производства проектируется операция обработки ступенчатого вала (конструкторский код детали 40 1311.XXX) из горячекатаного проката, для которой разработан технологический операционный эскиз (рис. 8.2).
72
Требуется произвести обоснованный выбор технологического оснащения для этой операции.
Решение. 1. Как следует из операционного эскиза, для рассматриваемой операции (заготовка уста
Рис. 8.2
новлена в центрах) тре-
буется токарный станок, допускающий обработку над ниж
ней частью суппорта заготовок диаметром dCyn > 100 мм и с расстоянием между центрами £ц>500 мм. Пользуясь технологическими справочниками [15; 22, Т. 1] или лите-
ратурой по металлорежущим станкам [11; 23], устанавливаем, что этим требованиям отвечают токарно-винторезные станки моделей 1М61 (dcyn= 160 мм; £*=640 мм), 16К20 (dcyn = 220 мм; £ц = 710 мм) и др.
Учитывая серийный тип производства, выбираем хорошо зарекомендованный себя универсальный станок модели 16К20 (код 38.1163.3108).
2. Из эскиза видно, что предстоит центровая обработка и поэтому нужен комплект приспособлений: 1) патрон токарный поводковый диаметром 400 мм по ГОСТ 2572—72 для конца шпинделя с наружной резьбой (обозначение патрона 7108.ХХХХ, код 39 6110.ХХХХ И]); 2) хомутик поводковый для токарных работ по ГОСТ 2578—70 для d = 80--100 мм (обозначение 7107.ХХХХ [4]); 3) центр станочный упорный по ГОСТ 13214—79, конус Морзе 6 (обозначение 7032.ХХХХ, код 39 2844.ХХХХ); 4) центр станочный вращающийся по ГОСТ 8742—75, конус Морзе 5, тип А (код 39 2842.ХХХХ).
3. Для этой операции требуется токарный проходной отогнутый правый резец с пластинкой твердого сплава, угол ф=45° (обозначение 2102—0031 Т15К6 по ГОСТ 18877—73).
4. Для контроля размера диаметра и шероховатости обрабатываемой поверхности соответственно нужны: штангенциркуль по ГОСТ 166—80 (код 39 3311.ХХХХ); образцы шероховатости 20 для цилиндрической поверхности (код 39 4341.ХХХХ).
Задача 8.5. Для условий серийного производства проектируется технологический процесс механической обработки втулки (код 40 3344.ХХХ), изображенной на
73
Рис. 8.3
Позиция П
Рис. 8.4
рис. 8.3. Процесс механической обработки детали из горячекатаного стального проката диаметром 105 мм представлен операционными эскизами (рис. 8.4).
Требуется для заданной операции произвести выбор технологического оснащения (варианты даны на рис. 8.4 и в табл. 8.6).
74
Таблица 8.6
№ варианта Наименование и содержание операции
I Фрезерно-отрезная. Отрезать заготовку / = 65 мм
II; VI Токарная. Подрезать торец /| =62,5 мм, сверлить от-
* верстия D = 20 мм, рассверлить до Dx=37 мм, точить поверхность до d = 70 мм и подрезать торец /2 = 30 мм. Операцию проводить за один установ
III; VII Токарная. Подрезать торец до /j=60 мм, точить до диаметра d= 101,5 мм, расточить отверстие до D = = 397/11 (39+0,16), расточить окончательно отверстие до =407/9 (4О+0,062), точить фаску и точить под шлифование di = 100,4 мм. Операцию проводить за один установ
IV; VIII Вертикально-фрезерная, фрезеровать две лыски последовательно до h = 65 мм
V; IX Вертикально-сверлильная. Сверлить отверстие под резьбу £> = 5 мм, зенкеровать отверстие £>| = 12 мм и нарезать резьбу А46—Н7
X Круглошлифовальная. Шлифовать поверхность окончательно до диаметра d= 10068 (100-о,054)
$ 9. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ
Для обеспечения во всех организациях и предприятиях машиностроения и приборостроения нашей страны единообразия разработки, оформления и обращения технологической документации введена Единая система технологической документации (ЕСТД), которая представляет собой комплекс Государственных стандартов.
Технологические документы бывают разных видов. Среди них: маршрутные карты (МК) — обязательный и основной документ, операционные карты (ОК), карты эскизов (КЭ), схемы наладок (СН), карты технологического процесса (КТП), карты типового технологического процесса (КТТП) и др. Большинство из них представляют текстовые документы, а КЭ и СН — графические; есть документы общего назначения (общие для различных видов работы) и специального назначения — по отдельным видам работ.
Ко всем технологическим документам предъявляются следующие общие требования. Они выполняются по формам, установленным стандартами ЕСТД. Способ заполнения — машинописный, типографский или рукописный с высотой букв и цифр не менее 2,5 мм, написанных четко черным цветом. Термины, определения, обозначе
/5
ния и единицы физических величин должны соответствовать стандартам или рекомендациям.
К текстовым технологическим документам предъявляются такие общие требования: наименование операции выполняется согласно ГОСТ 17420—72, а содержание операций и переходов — согласно ГОСТ 3.1702—79.
Операции и переходы нумеруются арабскими цифрами в технологической последовательности. Записи их делают на каждой строке в один ряд в нижней части поля строки, но запись не должна сливаться с линиями. Между описаниями операций и переходов рекомендуется оставлять 1...2 свободные строки. Если в графе «Наименование» текст записан на нескольких строках, то записи в соседних графах производят на уровне первой строки.
К графическим технологическим документам, например КЭ, на которых помещают эскизы, схемы и таблицы, поясняющие содержание одной или нескольких операций, предъявляют такие требования: на них должны быть указаны данные, необходимые для выполнения технологического процесса — размеры, допуски, параметры шероховатости поверхностей, технические требования и др. Таблицы, схемы и технические требования размещаются на свободном поле КЭ справа или снизу от изображения. Графический материал должен обеспечить наглядность и ясность изображения обрабатываемых поверхностей. Обрабатываемые поверхности изделия обводят сплошной линией толщиной в 2 раза больше основных линий. Все обрабатываемые поверхности нумеруются арабскими цифрами, располагаемыми в окружностях диаметром 6...8 мм. Нумерацию проводят в направлении хода часовой стрелки. Для изображения опор и зажимов используют условные графические обозначения по ГОСТ 3.1107—81.
В зависимости от организации технологического процесса и типа производства устанавливают комплектность технологических документов. Каждому технологическому документу присваивается самостоятельное обозначение по ГОСТ 3.1201—74. Обозначение документа указывается в основной надписи. Оно состоит из трех частей: код организации разработчика, код характеристики документа (пять знаков) и регистрационный номер документа (пять знаков). Между группами знаков ставятся точки. Так, например, комплект технологических документов единичного технологического процесса механической обработки имеет код 01140. Отдельные документы имеют такие коды:
76
МК—10140; КЭ—20140; ОК механической обработки — 60140; ОК контрольных операций — 60103 и др. Полная запись кода комплекта технологических документов, записываемая в графу 25 блока Б5 основной надписи всех документов комплекта, выглядит так: АБВГ. 01140.00241.
Оформление технологической документации
Пример 9.1. В примере 8.5 рассматривалось проектирование однопереходной токарной операции обработки ступенчатого вала из горячекатаного стального проката. Требуется произвести оформление технологической документации для этой операции.
Решение. 1. На технологический процесс механической обработки разрабатывается комплект технологических документов, часть которых перечислена ниже: 1) титульный лист комплекта документов, форма 2 по ГОСТ 3.1104— 78 (номер технологического процесса — АБВГ.01140. ХХХХХ; 2) маршрутная карта (рис. 9.1) технологического процесса, форма 1...6, 1а...6а по ГОСТ 3.1118—82 (номер документа — АБВГ.10140.ХХХХХ; 3) операционные карты (рис. 9.2) на каждую технологическую операцию (номер карт — АБВГ.60140.ХХХХХ); 4) карты эскизов (номер — АБВГ.20140.ХХХХХ); 5) карты операционные технического контроля (номер АБВГ.60103.ХХХХХ).
2. Оформление операционной карты механической обработки производится путем заполнения бланка ОК, форма 1 или 2 с продолжением на форме 1а по ГОСТ 3.1404— 74. При оформлении кроме упомянутых используются еще следующие коды: код операций (токарная) — 4114; код материала (сталь 45) — 08 7000.ХХХХ, код вида заготовки (прокат горячекатаный стальной круглый) — 09.5030. ХХХХ, код профессии рабочего (токарь) — 18217.
В операционную карту вписываются расчетные данные (d=100 мм и L = 500 мм), элементы режимов резания /, /, 5ф, Пф, Уф и результаты технического нормирования (^0, ^всп) •
3. Операционный эскиз размещают на карте эскизов (КЭ) формы 5 и 5а по ГОСТ 3.1105—74.
4. Основная надпись и головка маршрутной карты (МК) заполняются аналогично ОК и КЭ. Подготовительно-заключительное время /п.з и штучное время ^шт указываются на одну операцию, а сумма их дает штучно-калькуляционное время гш.к
77
ГОСТ 3.Ill8-82 Форма J

Дубл.
Взам.
Подл. Иэм. Лист № до к ум. Подл. Дата Изм. Диет № докум. П ОДЛ. Дата
А8ВГ. ото. 01272 5 1
Разраб. А6ВГ А6ВГ. 40 /5/5. /25 9А0029. 2923901Д АБ8Г. 10190, 00901
Пров.
Нормир.
Вал А
Н. контр.
М 01 Круг В100 ГОСТ 2590 - 71/9 5 ГОСТ 1050-79 НОТ №01-83
М02 Код ЕВ мд ЕН В. расх. КИМ Код загот. Профиль и размеры кд 1 М3
08.7000. ХХХХ 166 19,2 1 30,6 0,627 09.5030. ХХХХ Прокат круглый Ф fOO * 500 7 30
Л Цех | Уч. РМ Опер. Код, наименование операции Обозначение документа
в Код, наименование оборудования СМ Проф. I Р УТ 1 КР j коид| ЕН | оп к шт.[ Тн.з, | Тшт.
А 0з М2 1 0,51 25 1 005 9280, Пило-отрезная '60290.00293; МОТ №.8Б -82
Б w 38.'1765х 1303х Отрезной круглопильный, 8Г692 1 х16869 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 160 10,65х 0,1 ’ 1,6
05 J ’ 1 l I 1 1 1 1 1 ..... ..J I 1 1
06 I [ 1 1 Г Г" 1 1 1 I "Г" 1
А 07 М2 1 05 1 26 1 010 9269 Центробально- '60290. 00299 , ЙОГ №29'~82 ’ г " 1 I —г «... [ .. .
08 1 1 I подрезная 1 1 11 1 1 1 1 .. г “Г‘ - I
Б 09 38'1825'95$ '2932 -2 1 ' 18632 ' 2 1 1 / 1 7 Г 1 1 160 '0,65' 0,12 1 2,5
10 I 1 1 1 1 1 1 1 1 Т 1
11 1 1 1 । । till | 1 .. . j - "Г I
А 12 М2 '05 1 27 1 01Б 47/4, Токарно-бинторезная 1 60 '190.00295 ; * 20191), 00115*; 1 И0Г№1б'-Ь 13 1 1
6 в 33 11163 15108 1 1 16X20 1 118 2Г, 1 1 3 1 1 1 /- 1 1 1 1 1 160 ‘ 1 1 0,19 ' 3,19
14 1 1 Г 1 I 1 1 1 1 1 1 . [... . । ... (
15 "1 1 1 1 1 1 1 1 ! 1 ... J. I ” г 1 1 1
16 1 1 । Г 1 1 1 i I I 1 I Г " 1
мк
г< КТ 3. 140* (—74 ф. 1
Дубя.
Вэам.
Подл. Иэм. Лист № докум. Поди. Дата Йзм. Лист N® докум. Подл.
АБВГ. 01140. 01272 1 1
Разраб. АБВГ АБВГ. WI5I3. 125 9А 0024. 2423401Д АБВГ. КМ. 00245
Нормир.
Пров.
Вал М2 0 5 27 015
Н.контр.
«9 q К *1^ =1 уч-ка N* операц. Наименование операции Наименование и марка материала Масса дет., кг — Заготовка
Профиль и размеры Твердость Масса, кг
Токарно- винторезная Сталь 45 ГОСТ 1050-74 19,2 Круг $100*50 Нв 178.^ 200 30,0
К-во одиовр обраб. дет. Оборудование (наименование, модель) Приспособление (код и наименование) 39.6110. ХХХХ Оатрон^поводко- Охлаждение
7 Токарно- винторезный , 1ьК20 Хомутик $80... 100 Г0СТ2578- 70 Эмульсия
№ пе рехода Содержание перехода Инструмент (код и наименование) Расч. размеры t, мм i Режим обработки То, мин Тв, мин
вспомог. режущий измерит. диаметр, мм длина, мм 5,мм/об п. об/мин V . м/ммн
7 Установить и закрепить 39. 2844. ЛЛЛЛ 39.2131. ХХХХ 39. 3311. ХХХХ
заготовку Центр упорный Резец проходной Штанген- 0,65
ГОСТ 13214 -19 правый T15KS циркуль
2 Точить поверхность 1 .SP^S’ ГОСТ 165~ 80 100 358 4,4 1 0,7 315 99 1,62 0,38
39.2842. ХХХХ ГОСТ 18877 -73
3 Контроль работы Центр вращаю- 39. 3531. ХХХХ 0,3
щийся Линейка 1=500
4 Снять заготовку и ГОСТ 8142-15 ГОСТ 421-75 1,62 1,33
уложить в тару 39. 4341. ХХХХ
Образцы шеро-
ховатости Ra ?о

ок
Рис. 9.2
Задача 9.1. Для задачи 8.5 (см. рис. 8.3 и 8.4 и табл. 8.6) требуется оформить операционную' карту и карту эскизов и вписать эту операцию в маршрутную карту.
§ 10. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ
При разработке технологических процессов изготовления деталей серьезное внимание уделяется вопросам технического контроля и исходной заготовки, и заготовки в процессе ее обработки, и готовой детали. С этой целью в технологический процесс включаются контрольные операции. Оснащение этих операций производится с учетом типа производства и его организационной структуры, вида изделия, объема выпуска деталей, максимального использования стандартного контрольного оборудования и ос-настки для контроля.
Показателями операций технического контроля являются: точность измерений, достоверность их, трудоемкость и стоимость контроля, а также объем, полнота, периодичность, продолжительность контрольных операций:
Средства технического контроля включают контроль* ное оборудование, оснастку для контрольных работ И средства автоматизации и механизации контроля.
Выбор средств контроля, регламентированный ГОСТ 14.306—73, производится с учетом типа производства, вида изделия и объема его выпуска, характера технологического процесса, максимального применения стандартных средств измерения и др.
Выбор средств контроля можно произвести по справочным материалам производственного контроля, по ведомственным материалам, и другим источникам. Для выполнения сложных контрольных операций пользуются приспособлениями, причем, если имеющиеся стандартный универсальные приспособления не подходят, прибегают! к использованию специальных.
Оформление документов технического контроля производится в соответствии с ГОСТ 3.1502—74 (рис. 10.1)^
Выбор способов и средств контроля выполнения технических требований
Пример 10.1. На рабочем чертеже детали «Вал ступенчатый» показаны допуски на взаимное расположение поверхностей вала (рис. 10.2).
Требуется: описать содержание указанного допуска; перечислить возможные способы обработки и условия
I96-fr
ГОСТ 3. 1502-74 Форма 2

Дубл. •
В зам.
Подл. Изм/ Лист №докум. Подл. Дата Изм. Лист № докум. Подл. Дата
АБВГ. 01190. 00138 9 1
Разраб. АБВГ АБВГ. 90 3399.085 А39029.3123200А АБВГ. 50103. 00151
Нормир.
Пров.
Втулка |л/2 08 97 055
Н контр.
Наименование операции Наименование, марка материала ГОСТ, ТУ Наименование оборудования
Контрольная Сталь 95 ГОСТ 1050 - 79 Стол контрольный
перехода Содержание перехода Приспособление (код и наименование) Измерительный инструмент (код, наименование) Процент контроля Особые указания
1 Проверить шероховатость поверхности 1 39. 9391. ХХХХ 100 Визуально
и т.д. Овразцы шерохо-
ватости На 2,5

/Р Проверить размер 10 39.3122. ХХХХ 10 Выборочно
и т.д Калибр-скоба
ФЮО hd(-fftpsi.)

21 Проверить радиальное биение - п.5 39. 9393. ХХХХ 39. 9222. ХХХХ 25 Выборочно
технических требований и т.д. ПБМ-300 Г~ 1 МИГ-0,01

ок тк
Рис. 10.1
Рис. 10.2
выполнения указанных требований к точности; указать способ контроля.
Решение. 1. На чертеже вала указаны допуски на биения (радиальные и торцовые) двух ступеней и
двух уступов вала относительно общей оси центровых отверстий. Размер допуска одинаков для всех поверхностей и составляет 0,1 мм.
2. Для достижения требуемой точности расположения поверхностей нужно, чтобы окончательная обработка каждой из этих поверхностей (чистовое точение или круглое шлифование ступеней и чистовое подрезание или шлифование уступов) производилась с использованием
Рис. ю.з
Рис. 10.4
82
постоянной технологической базы — центровых отверстий и желательно с одного установи.
3. Контроль выполнения этих технических требований осуществляют на контрольных центрах 1 (рис. 10.3) с помощью измерительных головок обычного типа 2 и рычажных <3, устанавливаемых на стойках 4. Контроль осуществляется при медленном вращении вала.
Задача ЮЛ. На рабочем чертеже заданной детали (варианты приведены на рис. 10.4) условным обозначением показан допуск формы поверхности или допуск взаимного расположения поверхностей ее.
Т ребуется: описать содержание указанного допуска; перечислить возможные способы обработки рассматриваемой поверхности условия для достижения указанной точности; указать способ контроля.
Составление схемы контроля и разработка идеи конструкции контрольного приспособления
Пример 10.2. На эскизе детали (рис. 10.5,а) указан допуск взаимного расположения двух поверхностей детали.
Требуется: расшифровать содержание обозначенного допуска; составить схему контроля детали для определения этого отклонения; предложить идею контрольного приспособления для контроля детали.
Решение. 1. На эскизе обозначено, что непараллель-ность проверяемой поверхности относительно поверхности А (базы) не должна превышать 0,2 мм.
2. Схема контроля для определения непараллельности этих поверхностей показана на рис. 10.5,6: проверяемая заготовка ставится базовой поверхностью А на подстав-
Рис. 10.5
4*
83
ку — центровик /, а в проверяемую поверхность упирается штифт 2 индикатора. Медленно вращая заготовку, по крайним показаниям стрелки индикатора определяют значение непараллельности.
3. Приспособление может быть создано так: на плите, играющей роль корпуса приспособления, устанавливается стойка с индикатором. Для ускорения операции на столе должен быть предусмотрен быстродействующий подъемный или поворотный механизм для индикатора.
Задача 10.2. На эскизе детали (см. рис. 2.6) показан допуск формы или расположения поверхности детали.
Требуется: описать содержание допуска; составить схему контроля детали для определения погрешности; предложить идею конструкции контрольного приспособления.
Разработка контрольной операции и оформление документации на нее
Пример 10.3. На рис. 8.3 представлена втулка (код 40 3344.ХХХ), а в табл. 8.6 изложена последовательность ее обработки.
Требуется разработать операцию окончательного контроля и оформить операционную карту технического контроля на эту операцию.
Решение. Целью контрольной операции является окончательная проверка соответствия изготовленной детали требованиям чертежа и техническим требованиям, предъявляемым к ней. Для проектирования необходим эскиз детали со всеми размерами, обозначениями шероховатости и техническими требованиями. Выполняется эскиз на бланке КЭ и реже на операционной карте технического контроля (ГОСТ 3.1502—74) в месте, отведенном для эскиза.
ГОСТ 3.1502—74 предусматривает также еще один документ: «Ведомость операций технического контроля», который предназначен для описания процесса технического контроля.
На рис. 10.1 в качестве примера приведен первый лист операционной карты технического контроля. Заметим, что ГОСТ допускает не указывать модель оборудования, а при указании кода приспособления или измерительного инструмента — не указывать наименование. Под «Процентом контроля» понимают отношение количества контролируемых изделий к количеству изделий, предъявляемых
84
на контроль, выраженное в процентах. В графе «Особые указания» приводят требования к контролируемым параметрам.
Задача 10.3. В задаче 8.5 представлена последовательность технологических операций изготовления втулки (код—40 3344.ХХХ).
Требуется: в соответствии с указанными в табл. 8.6 вариантами разработать операцию промежуточного контроля, если считать, что она выполняется после данной механической операции; выполнить операционный эскиз контрольной операции и оформить операционную карту.
Глава II ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
§ 11. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ
Роль станочных приспособлений в осуществлении технологических процессов механической обработки велика. Применение их помогает повышать производительность и облегчить условия труда, достигать высокого качества обработки, уменьшать себестоимость изготовления деталей. Современное машиностроительное производство требует создания приспособлений рациональной конструкции, снижения их металлоемкости и стоимости. При выборе или конструировании приспособлений должна достигаться экономическая эффективность от их применения. При выполнении экономических расчетов, связанных с использованием приспособлений, возникает необходимость устанавливать группу сложности приспособления и его стоимость. Ниже приведены ориентировочная стоимость приспособления и другие данные в зависимости от группы сложности.
Группа сложности приспособления ... I
Количество наименований деталей в приспособлении . . <5...
Стоимость приспособлений, руб...........<12
Коэффициент сложности приспособления . . 1
Срок амортизации, годы . . 1
II III IV V VI
3...8 10...25 20...40 35...55 >50
15...70 70...140 180...330 450.,.650 700
1,5 1,7 2,7 3,4 4,6
2 3 4 5 6
рублях можно также
Стоимость приспособлений в установить расчетом по формуле
где Су.д^4 руб. — стоимость одной условной детали при-
86
способления Дпр — количество деталей в приспособлении, шт.; Кел — коэффициент сложности.
Стоимость специальных приспособлений можно установить по фактическим затратам на их проектирование и изготовление, а стоимость универсальных приспособлений и принадлежностей — по прейскурантам.
Годовые расходы, связанные с эксплуатацией и ремонтом приспособления, принимают равным q =20...30% стоимости приспособления.
Затраты с учетом расходов на эксплуатацию и ремонт в течение года определяется так:
СПр.год = Спр(1/Д + ?/100), (11.2)
где А — срок амортизации.
Экономическая эффективность применения нового приспособления определяется сопоставлением по сравниваемым вариантам годовых затрат, включающих заработную плату станочника на рассматриваемой операции, накладные цеховые расходы, годовые затраты на приспособление, вычисляемые по формуле (11.2).
При применении нового, более сложного приспособления годовые затраты могут снизиться за счет сокращения времени обработки /шт и снижения разряда работы.
Технологическая себестоимость выполнения операции, отнесенная к одному году эксплуатации, зависящая от конструкции приспособления, определяется для каждого из сравниваемых вариантов по формуле
Стх.ГОД
= Ст.мгштД год( 1 + н/100) + Спр( 1 / А
+ <7/Ю0),
(11.3)
где Стх.год — сравниваемые элементы годовой технологической себестоимости, руб; Ст.м — тарифная минутная ставка рабочего, руб., по сравниваемым вариантам; /шт — норма времени на операцию, мин; Дгод — годовой объем выпуска деталей, шт.; Н — накладные расходы, %; Спр — стоимость приспособления, руб.; А — срок амортизации приспособления, год.
Размер годовой экономии определяется как разность сравниваемых элементов технологической годовой себестоимости по двум вариантам:
Э — Стх.год! Стх.год2*
(11.4)
87
Экономическая эффективность нового приспособления или более дорогостоящего (по сравнению с применяемым) достигается при условии
^пр.год-
Срок окупаемости более дорогого приспособления в годах
Т'ок—(Спр2 Спр! )/(СТх.год1 Стх.год2)*
(11.6)
Он должен быть меньше, чем срок амортизации.
Размер критического годового объема выпуска деталей в штуках равен
Дкр —(Сдр.год! Спр.год2)/(Стх.дет-оп1 Стх.дет-опй) ,
где Стх.дет-ош — технологическая себестоимость одной детале-операций, определяемая делением годовой технологической себестоимости операции СТх.год/ (см. формулу 11.3) на годовой объем выпуска деталей ДГОд.
Сокращение времени операции в процентах при применении приспособления и других мероприятий по совершенствованию технологии производства определяют по формуле
Д^н.в — 100(^шт1 ^шт2)/^шт! • (11 *8)
Рост производительности труда на рассматриваемой операции в процентах равен
Рп = 100Д/н.в/( 100 - А/н.в). (И.9)
Определение технико-экономических показателей приспособления
Пример ПЛ. С целью интенсификации производства конструкторское бюро выпустило конструкторскую документацию (чертеж общего вида и спецификацию) вновь сконструированного нового варианта специального приспособления для фрезерной операции, которое должно заменить ранее выпущенное простое и дешевое приспособление.
Исходные данные по старому варианту; /шт1 = 7,8 мин; разряд рабочего — IV; (тарифная часовая ставка СТ.Ч1 = 0,67 руб.); приспособление — III группы сложности; первоначальная стоимость Спр= 140 руб.; срок амортизации А=3 года.
88
По новому варианту: /ШТ2 = 3,1 мин; разряд рабочего — П (Ст.ч2 == 0,548 руб.). О приспособлении известно, что оно двухместное со встроенным пневматическим приводом, имеет детали 45 наименований при общем их количестве 58 шт.
Требуется определить экономически более выгодный вариант применяемого для обработки приспособления при годовом объеме выпуска деталей Дт = 8000 шт. и при накладных расходах Н = 200%
Решение. 1. Новое приспособление можно отнести к V группе (см. с. 86) со средней стоимостью 550 руб.
Первоначальная стоимость приспособления по формуле (11.1) составляет
Спр = 4*58*3,4 = 788,8 руб.
Усредняя эти величины, получаем Спр2 = 669,4 руб.
Срок амортизации приспособления (для V группы сложности) составляет 5 лет.
Годовые затраты на использование приспособления по формуле (11.2) равны
Спргод2 = 669,4( 1,5 + 25/100)=301,23 руб.
2. Определяем элементы годовой технологической себестоимости при применении разных приспособлений по формуле (11.3):
Стхгод1 = [67/(60 • 100)] • 7,8 • 8000( 1 + 200/100) + + 140(1 /3 + 20/100)==2165,06 руб.;
Стх.год2 = [54,8/(60 • 100)] -3,1- 8000( 1+200/100) + + 301,23=980,73 руб.
3. Определяем годовую экономию по формуле (11.4):
ЭГОД = 2165,06 —980,73= 1184,33 руб.
4. Применение нового приспособления экономически выгодно, так как Эгод = 1184,33 > Спр.год2 — 301,23.
5. Срок окупаемости более дорогого приспособления определяется по формуле (11.6):
Гок=(301,23- 74,67)/(2165,06-980-73)=0,19 года.
Это хороший короткий срок.
89
6. Критический (наименьший) объем выпуска деталей определяется по формуле (11.7):
Дкр=(301,23-74,67)/(1184,33/8000)= 1531.
Это знрчит, что при годовом объеме выпуска 1531 деталь и более вариант с новым приспособлением экономически выгоден.
•7. Сокращение нормы времени на операцию при применении нового приспособления по формуле (11.8) составит
Снв—100(7,8—3,1)/7,8=60,26%.
8. Рост производительности труда по формуле (11.9) составит
Pn = 100 • 60,26/( 100 - 60,26)= 151,64 %.
Это очень хорошо.
Задача 11.1. Известно название нового приспособления, его краткая характеристика и данные о количестве деталей (варианты приведены в табл. 11.1).
Требуется: ориентировочно определить группу сложности специального приспособления; срок амортизации; первоначальную и годовую стоимость.
Таблица 11.1
№ варианта Тип приспособления Краткая характеристика Количество наименований деталей Общее количество деталей
I Фрезерное Сложное делительное 35 61
II » Среднесложное поворот-
ное 27 49
III » Двухместное с гидроприводом 38 69
IV Токарное Для расточки корпуса 19 29 .
V » Разжимная оправка 12 28
VI » Простое типа оправки 7 12
VII Сверлильное Кондуктор двухпозиционный 19 31
VIII Кондуктор накладной 9 22
IX Протяжное Для протягивания отвер-
стия 7 14
X Шлифоваль-
ное Двухместное 18 41
Параметры -
I И III
Годовой объем выпуска Д, тыс. шт. 1,8 1,5 0,9
Накладные расходы Н, о/ /о 250 220 320
Норма времени /шт, мин: старая 12,7 4,9 18,9
новая 8,1 3,7 12,8
Разряд рабочего: старый 4 5 4
новый 3 3 2
Группа сложности приспособления: старая 2 2 1
новая 3 5 3
ч©
Таблица 11.2
Варианты
IV V VI. VII VIII IX X
5 10 12 4,8 3 15 0,5
200 210 270 250 270 190 290
5,8 4,3 12,1 12,1 24,3 7,3 17,9
3,7 2,7 6,4 9,7 10,8 3,1 7,8
4 3 4 . 5 3 3 4
2 2 2 3 1 2 2
2 2 1 3 1 2 1
6 5 2 4 2 6 3
Задача 11.2. Имеется 2 приспособления.
Требуется определить экономически более выгодный вариант и рассчитать размер годовой экономии (варианты — в табл. 11.2). Стоимостью приспособлений и сроком амортизации задаться в соответствии с группой сложности.
§ 12. МЕТОДЫ УСТАНОВКИ ЗАГОТОВОК.
УСТАНОВОЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
Установочные элементы и механизмы служат для установки и центрирования обрабатываемых заготовок в приспособлениях. От их правильного выбора и расстановки зависит точность обработки. Основные виды установочных деталей стандартизованы, что надо учитывать при их выборе [4; 18].
При установке заготовок в приспособлении возникают погрешности базирования. В практике работы возникает необходимость определения этих погрешностей.
Погрешность базирования при установке заготовки, например по двум отверстиям на двух установочных пальцах (цилиндрическом и срезанном), возникает из-за зазоров в соединениях пальцев и отверстий и равна угловому смещению (перекосу) а заготовки (рис. 12.1). Определение наибольшего возможного угла перекоса производится по формуле
tg Ct max = («S maxi “Ь *Smax2)/(2.L), (12.1)
где SmaxG Smax2 — наибольшие зазоры в соединении отверстия и пальца в каждом из соединений; L — расстояние между центрами отверстий (пальцев).
Рис. 12.1
92
При таком базировании срезанный палец должен быть расположен так, чтобы его большая диагональ была перпендикулярна линии, соединяющей центры пальцев (рис. 12.1).
Разработка схемы установки заготовки и выбор установочных элементов
Пример 12.1. На консольно-фрезерном станке производится обработка корпусной детали (рис. 12.2,а).
Требуется: выбрать технологическую базу; разработать схему установки заготовки; подобрать установочные элементы; проверить соблюдение правил шести точек; определить угловую погрешность установки.
Решение. 1. Пользуясь эскизом детали, устанавливаем, что в качестве технологической базы рационально выбрать следующие поверхности: плоскость А основания, которая является конструкторской базой детали, и два отверстия (из четырех имеющихся), расположенных диагонально, для правильной угловой ориентации в процессе обработки.
2. Схема базирования заготовки: плоскость А устанавливается на трех опорных точках, поверхность одного из отверстий создает базирование по двум точкам, а второе отверстие — по одной.
3. В качестве установочных элементов принимаем три опоры под плоскость Л, расставляемые возможно дальше друг от друга, палец цилиндрический и срезанный палец.
4. Правило шести точе
5. Наибольший угловой перекос заготовки, базирующейся по двум отверстиям, определяется расчетом по формуле (12.1) и в нашем случае равен сстах = »Smax/А. Если учеСТЬ, ЧТО ООтвтах = = 20,033 мм, а палец установочный 20J9 (20:» имеет минимальный диаметр d пал min — 19,883 мм, то
max-----i-Jотв max и пал min---------
выполнено.
Рис. 12.2
20,033 —19,883=0,15мм.
93
Рис. 12.3
Расстояние между базовыми отверстиями L = д/2502 + 1602 = 296,82 мм, откуда
tg amax=0,15/296,82 = 0,0005.
При длине обрабатываемой плоскости / — 200 мм (рис. 12.2, б) линейное смещение равно
x=/tgamax=200-0,0005=0,1 мм.
Задача 12.1. На станке производится обработка детали (варианты приведены на рис. 12.3 и в табл. 12.1).
Требуется: составить описание операции; опреде-лить технологическую базу; разработать схему базирования; проверить соблюдение правил базирования; выбрать установочные элементы; обосновать идею приспо« собления.
Определение угловой погрешности базирования
Задача 12.2. Обрабатываемая деталь устанавливается по двум отверстиям (рис. 12.1).
Требуется определить наибольшую угловую по-94
Таблица 12.1
№ варианта Станок Содержание операции
I; VI Горизонтально-фрезерный Фрезеровать паз
II; VII Вертикально-сверлильный Сверлить отверстие
III; VIII Г оризонтально-фрезерный Фрезеровать паз
IV; IX Вертикально-сверлильный Сверлить отверстие
V; X Токарный Расточить отверстие
Таблица 12.2
№ варианта Диаметр базовых отверстий детали, мм Размер между осями базовых поверхностей деталей, мм Диаметр установочных пальцев, мм
Di £>2 ^2
L
I; VI 1OZ79 10/79 390 10/9 10/9
II; VII 70/78 10/77 720 70е9 10§6
III; VIII 6Я9 6//9 180 6е9 6<?9
IV; IX 20Я7 70/77 245 20g6 70g6
V; X 15/77 15/77 350 15§6 15g9
таком базировании
(варианты даны в
грешность при табл. 12.2).
§ 13. ЗАЖИМНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИСПОСОБЛЕНИИ
Зажим станочного приспособления служит для надежного закрепления заготовки в приспособлении в положении, задаваемом установочными элементами. В современных станочных приспособлениях используются зажимы самых разнообразных конструкций с ручным и механизированным приводом. Выбор типа зажима нужно проводить с технико-экономической и социальной точки зрения, чтобы принятый вариант оказался оптимальным для данных производственных условий.
Важно уметь определять зажимную силу, развиваемую устройством. Так, для резьбовых (винтовых) зажимов справедлива формула:
Гр.з = FL/[0,5dcptg (а + Ф) + К], (13.1)
95
Рис. 13.1
где F — сила, прикладываемая к концу рукоятки гаечного ключа Н; L — длина ключа или рукоятки (плечо силы F), мм; dcp — средний диаметр резьбы мм; а — угол подъема резьбы (у стандартных метрических резьб с крупным шагом а = 2...3°); ф — угол трения в резьбовом соединении (для метрических резьб ф=5°34'); К— коэффициент, зависящий от формы и размеров поверхности соприкосновения зажимного элемента с зажимаемой поверхностью: для винта со сферическим опорным торцом (рис. 13.1, а) /С=0; для винта с плоским опорным торцом (рис. 13.1,6) /С = 0,3fcf; для винта со сферическим опорным торцом, соприкасающимся с конусным углублением (рис. 13.1,в), K—Rf ctg (Р/2); для винта с кольцевым опорным торцом или гайки (рис. 13.1, г, д) К~ =0,33f(£)iLp — D^„)/(D^p — £>вн) (здесь f = 0,l — коэффи-циент трения на торце винта или гайки; р=120°).
Для упрощения и ускорения расчетов в инженерной практике пользуются таблицами, например табл. 13.1,
Таблица 13.1
Диаметр резьбы d, мм Сила, прилагав-мая к ключу, Н Зажимная сила, кН
винт со сферическим торцом винт < плоским торцом винт со сферическим торцом, упирающимся' в коническое отвер- стие гайка
10 25 3,9 2,9 2,5 2,06
12 35 5,3 3,9 3,3 2,75
16 65 10,5 7,6 6,5 5,4
20 100 16,0 12,0 10,0 8,5
24 130 21,4 15,8 13,0 10,9
Примечание. Длина ключа или рукоятки (плечо рычага) принята из расчета L ж \2d.
96
для определения зажимных сил, создаваемых винтами и гайками.
В станочных приспособлениях применяют комбинацию резьбового зажима с планкой, играющей роль рычага и образующей механизм-прихват. Сила зажима, развиваемая прихватом (рис. 13.2, а, б), рассчитывается по формуле
F3a)K=Wcm/b, (13.2)
где W — зажимная сила винта или гайки прихвата; а и b — размеры плеч прихвата; т] — 0,8...0,95 — коэффициент полезного действия, учитывающий потери на трение в опоре прихвата.
Рис. 13.2
Рис. 13.4
Зажимная сила, развиваемая Г-образным прихватом (рис. 13.3), рассчитывается по формуле
Р заж == F(l-0,3//tf), (13.3)
где I и Н — размеры по рис. 13.3. Силу W может созда
97
вать пневматический или гидравлический цилиндр (тогда
W = Fштока ) •
Зажимная сила, развиваемая эксцентриком (рис. 13.4), определяется по формуле
e[tg(a + q))4-tg(pi]
(13.4)
где р«0,50 — радиус эксцентрика в точке касания; a — угол подъема эксцентрика. У круговых эксцентриков угол а меняется в зависимости от угла поворота у эксцентрика так:
у...О 90° 180°
а...О arctg(2e/D) 0.
Для того чтобы эксцентрик был самотормозящим, угол подъема а не должен превышать угла трения, следова-тельное остах = arctg 0,1, откуда атах = 5°47'.
Задача 13.1. Определить силу, создаваемую одним из элементов резьбового зажима — винтом или гайкой (варианты приведены в табл. 13.2)
Задача 13.2. Определить зажимную силу, развиваемому Г-образным прихватом, выполненным под резьбовую шпильку (варианты даны в табл. 13.3), выполнить эскиз прихвата и составить спецификацию прихвата.
Задача 13.3. Для конструируемого приспособления требуется определить параметры эксцентрика (варианты
Таблица 13.2
№ варианта Тип болта или гайки Диаметр резьбы, мм Прилагаемая сила Г, Н
I Винт с кольцевым опорным торцом 12 100
II То же 6 70
III Гайка шестигранная 24 150
IV То же 16 120
V Болт со сферическим торцом 20 150
VI То же 12 100
VII Болт с плоским опорным торцом 12 90
VIII То же 20 120
IX Болт со сферическим опорным торцом, упирающимся в конусное 24 160
X отверстие То же 16 110
98
Таблица 13.3
№ варианта I II III IV V VI VII VIII IX X
Исполнение прихвата [4, с. 138] 1 2 1 2 2 1 2 2 1 2
Диаметр, резьбы, мм 6 24 8 12 10 10 6 8 12 16
Таблица 13.4
№ варианта I II III IV V VI VII VIII IX X
Тип эксцентрика Кулачковый одинарный ГОСТ 12189— 66 Круглый ГОСТ 9061—68 Кулачковый сдвоенный ГОСТ 12190—66 Круглый вильчатый ГОСТ 12191—66
Тн, №э> мм 1 2200 ±0,6 1200 ±0,3 650 1,8 1500 ±0,5 900 0,75 1250 ±0,4 750 0,85 1850 1,9 1850 2,3 1500
даны в табл. 13.4), если известен допуск зажимаемого размера Т# и минимально необходимое усилие зажима W3.
§ 14. МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ ПРИВОДЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
В серийном и особенно в массовом производствах закрепление заготовки в приспособлении должно быть механизированным — для этого широко применяются пневматические, гидравлические и другие приводы.
Сила штока в ньютонах пневматических и гидравлических цилиндров определяют по формулам:
Рис. 14.1
99
Таблица 14.1
Диаметр, мм Сила штока при давлении р = 0,1МПа, Н Диаметр, мм Сила штока при давлении р —0,1 МПа, Н
цилиндра штока цилин-др а 1ПТПКА
толкающая тянущая толкающая тянущая
25 10 39 32 125 32 1 079 1 009
32 10 64 57 160 40 1 850 1 734
40 12 100 91 200 50 2 890 2 710
50 16 156 140 250 63 4 516 4 229
63 16 248 232 320 80 7 398 6 935
80 25 442 399 360 80 9 669 9 192
too 25 690 647 400 90 11 937 11 333
для цилиндров одностороннего действия (рис. 14.1, а)
F шт.толк =0,785£>uPY] Qnpyao (14.1)
для цилиндров двустороннего действия (рис. 14.1,6)
^шт.толк — 0,785£>црт); (14.2)
Р шт.тян== 0,785(/)ц — б?шТ)/?'Ц, (14*3)
или, если учесть, что б/шт = (0,2...0,4)£>ц,
fwT.THH=(0,754...0,66)Dapn, (14.4)
где Оц — диаметр цилиндра, м; с/Шт — диаметр штока, м; р — давление сжатого воздуха или масла, МПа; т] = = 0,8...0,9 — коэффициент полезного действия цилиндра.
Сила штока мембранной
Рис. 14.2
камеры двустороннего действия (рис. 14.2) определяется следующим образом:
для камеры с резинотканевой мембраной тарельчатой формы при d = 0,7Z)K при ходе, равном 0,3£>к, и плоской формы при ходе, равном 0,07DK:
5шт==0,43£>крг|; (14.5)
для камеры с резиновой мембраной при ходе, равном 0,22£>к:
/шт==0,7Ы2рП,
(14.6)
100
где DK — диаметр мембраны в свету, м; d — диаметр опорной шайбы, м; т] = 0,75...0,85 — кпд камеры.
В практике работы при выборе цилиндра или камеры возникает необходимость определить диаметр цилиндра или камеры по потребной силе штока. Для этого можно использовать формулы (14.1...14.6), решая их относительно Оц, Ок, d, или воспользоваться табл. 14.1
В ряде приспособлений для получения больших зажимных сил применяются механизмы рычажного, клинового, шарнирного типов.
Выбор пневмо- или гидроцилиндра по известной силе на штоке
Пример 14.1. В конструируемом приспособлении используется привод от пневматического цилиндра двустороннего действия, давление сжатого воздуха р = = 0,4 МПа.
Требуется определить диаметр цилиндра £>ц, если тянущая сила штока должна составлять £Шт.тян = 15 кН.
Решение 1. Диаметр пневматического цилиндра опреде-ляем, используя формулу (14.4): Дц= |//7шТ.тян/(0,754рт]). Принимаем rj = 0,95, откуда
Du= /15000/(0,754 • 0,4• 10й• 0,95=0,23 м= = 230 мм.
2. Выбираем цилиндр диаметром 250 мм [4].Правильность выбора подтверждается расчетом по формуле (14.3):
Гшт.тян=0,785(0,252...0,0652) • 0,4 • 106 • 0,95=
= 17 460 Н= 17,46 кН и расчетом с использованием табл. 14.1:
/?шт.тян = /гшт.тяноР/О,1 =422,9 -4 = 16 916 « 17 кН.
Задача 14.1. Для сконструированного приспособления будет применен пневматический привод с цилиндром двустороннего действия.
Требуется определить диаметр цилиндра £)ц при заданной силе штока Ршт, давлении сжатого воздуха р и направлении действия силы на штоке (варианты — в табл. 14.2).
101
Таблица 14.2
Таблица 14.3
№ варианта I II III IV V ' VI VII VIII IX X
Du, мм р, МПа 50 60 40 50 60
8,0 — 6,0 — 4,0 — 5,0 — 6,0 —
/•'шг, кН 19 17 8 19 4 5 2,5 4 6,5 7,2
Характер зажимной силы Тянущая Толкающая
Задача 14.2. При конструировании приспособления производится подбор гидравлического цилиндра двустороннего действия для получения заданной силы штока F шт.
Требуется определить диаметр Da цилиндра или давление р масла (варианты — в табл. 14.3).
Определение силы штока, необходимой для получения заданной зажимной силы
В современных станочных приспособлениях между силовым агрегатом, являющимся источником силы, и зажимным устройством находятся передаточные механизмы, причем некоторые из них могут увеличивать передаваемую силу. К ним относятся клиновые, рычажные, шарнирные механизмы.
Методика силового расчета многозвенных зажимный устройств состоит в том, что такое устройство следует разделить на отдельные звенья и для каждого звена определить передаточное отношение и коэффициент, учи* тывающий потери. Работа завершается определением обя щего передаточного отношения сил и коэффициента, учитывающего потери во всем устройстве.
102
Обычно на практике решается обратная задача, в которой по известной из условия надежного закрепления заготовки, силе зажима, устанавливают необходимую силу привода.
Пример 14.2. В станочном приспособлении применена многозвенная рычажная конструкция зажимного устройства (рис. 14.3).
Требуется определить силу привода, если известт но,что зажимная сила, действующая на заготовку, должна составлять F-Решение.
имеет привод —
ке Ешт; первое передаточное звено — шарнирный механизм с роликом, второе передаточное звено — рычажный механизм, который является также и исполнительным зажимным устройством.
2. Определение передаточного отношения сил однорычажного шарнирного механизма с учетом потерь на трение производится по формулам в источниках [1; 4]:
закр—" 15 кН.
1. Представленное зажимное устройство пневматический цилиндр с силой на што-
ii = Fi/ F шт — 1 /[t g (а + р)+ tg <р 1 прив J, где а — угол наклона шарнира; р — угол, учитывающий потери на трение в шарнирах (p = arcsin (fd/D), где ^ = 0,1 коэффициент трения скольжения; d — диаметр осей шарниров; D—диаметр роликов); tg <pi прив = = d tg tfi/D — приведенный коэффициент трения качения, учитывающий потери на трение в роликовой опоре. При расчете обычно принимается f=tg<pi=O, IX Х(<р1=5°50'):
Р== 1°1(У; d/D = 0,5; tg ф|прив = 0,05.
Тогда при а=15° h =2,94.
3. Передаточное отношение рычажного механизма с учетом потерь на трение в зажимающем прихвате вычисляется по формуле
k—F3aKV/F\ = a^/b, где т]2 = 0,85. Если с = 2Ь, i2— 1,7.
103
4. Общее передаточное отношение устройства равно 4общ===^Н'2=:=(/:'\/F закр/F 1) — F закр/F шг —
= 2,94-1,7=5.
5. Сила привода равна
/гшт=/:'закр/1общ= 15 000/5=3000 Н=3 кН.
$ 15. НАПРАВЛЯЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
К направляющим элементам приспособлений относятся кондукторные втулки и установи, их краткое описание приведено в литературе [4].
Направляющие элементы стандартизованы и при конструировании сверлильных приспособлений возникает необходимость выбрать втулку по типу и размерам, установить размер и допуски на диаметр ее отверстия. При этом за номинальный диаметр отверстия принимают наибольший предельный размер режущего инструмента, а допуски устанавливают по системе вала. Данные о предельных отклонениях диаметров инструментов приведены в ГОСТ 885—77 для сверл, в ГОСТ 1677—75 для зенкеров, в ГОСТ 1672—71 для разверток.
Для отверстий кондукторных втулок под сверла, зенкеры и черновые развертки применяют поле допуска F8, а для чистовых разверток — G7; при повышенных требованиях к точности межосевого расстояния применяют соответственно поля допусков G7 и G6.
6. Отверстия во втулках под передние или задние направляющие инструментов выполняют по системе отверстий с полями допусков Н8 и Н7, а диаметры направляющих соответственно с полями f7 и g6.
Для соединения постоянных и промежуточных втулок с кондукторными плитами применяют посадки с наибольшим натягом Д7/и6, а для соединения сменных и быстросменных втулок с промежуточными втулками — посадки с наибольшим зазором 777/g6 или в более точных случаях /76/g5.
Для облегчения работы конструкторов по оснастке предельные отклонения диаметров отверстий кондукторных втулок приведены в литературе [7].
При конструировании приспособлений для обработки нескольких отверстий возникает необходимость устанавливать допуски на координаты осевых отверстий кондук-104
торных втулок. Обычно эти допуски в 2...5 раз меньше, чем допуски на межцентровые расстояния у изделия. Для неответственных работ допуск на координаты составляет ±0,05...±0,1 мм.
При изготовлении точных изделий с допуском на межцентровое расстояние менее 0,1 мм нужно выполнять расчет допуска на координаты втулок, в котором учитывают зазоры между инструментами и кондукторными втулками, зазоры между кондукторной и промежуточной втулкой, а также возможный эксцентриситет кондукторных втулок.
Допуски на координаты кондукторных втулок вычисляют по формуле
Л.<0,871и -( S Smax)/4-( S Э)/4, (15.1)
1 1
где 71н — допуск межцентрового расстояния изделия; 4
Ssmax — сумма четырех максимальных зазоров; между 1 инструментом и кондукторной втулкой (S Imax “F ^max) и между кондукторной и промежуточной втулками 4
(Ssmax + S4max); S3 — сумма радиальных биений всех че-1
тырех участвующих втулок: двух кондукторных и двух промежуточных.
Определение исполнительного размера диаметра отверстия кондукторной втулки
Задача 15.1. В кондукторе требуется установить диаметр отверстия кондукторной втулки D0XB и его до-
Таблица 15.1
№ варианта I II III IV V VI VII VIII IX X
Операция Сверлить Зенкеровать предварительно Развернуть окончательно
3 3 ° м 11Я12 20/712 28/712118Я12|32Я 12 |40Я 12 10//7 25/78 40/79 15/78
105
пуск и, выбрав тип втулки, выполнить эскиз установки ее в кондукторной плите (варианты приведены в табл 15.1).
Определение допуска на расстояние между осями отверстий в кондукторе
Пример 15.1. Конструируется кондуктор для развертывания двух отверстий 0 30/78 (ЗО+0'0"3). Межцентровое расстояние Ли = (150±0,08) мм.
Т ребуется рассчитать допуск TLii па расстояние между осями отверстий кондуктора.
Решение. Используем для расчета формулу (15.1) и определим элементы, входящие в нее:
0,87\„=0,8(±0,08)= ±0,064 мм.
Определим теперь зазоры между инструментами и втулкой Simax и S2max- Диаметр развертки с допуском 30jo о^з, откуда </разв min=30,13 мм. Диаметр отверстия втулки с допуском 30+од29 [7], откуда Ротв.шах = 30,050. Максимальный зазор Si max = S2n-,ax = 30,050 — 30,013 = = 0,037 мм.
Максимальные зазоры между промежуточными и кондукторными втулками, соединяемыми по посадке H7/gQ, составляют 5зтах = 54тах = 45,025 —44,975 = 0,05 мм.
4
Второй член формулы( 15.1): £'Smax/4 = (2-0,037 4-2Х Х0.05 /4 = 0,0435 мм.
Определяем сумму радиальных биений втулок. Принимаем радиальное биение равным 0,007 мм, откуда третий член уравнения (15.1) равен 4-0,007/4 = 0,007 мм.
Окончательно допуск 7\ = ±(0,064 — 0,435 — 0,007) = = ±0,0135 мм.
Задача 15.2. В кондукторе (см. задачу 15.1) обрабатываются 2 отверстия с межцентровым расстоянием (варианты — в табл. 15.2).
Т ребуется рассчитать допуск Т/, на расстояние между осями отверстий кондуктора.
Таблица 15.2
№ варианта 1 I! > III; IV V; VI VII; VIII IX; X
L„, мм 40±0,15 100±0,15 75±0,1 120±0,05 60±0,06
106
$ 16. ДЕЛИТЕЛЬНЫЕ И ПОВОРОТНЫЕ УСТРОЙСТВА ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
При осуществлении некоторых многопозиционных операций возникает необходимость в ходе операции перемещать или поворачивать заготовку. Для этого в приспособлениях применяют поворотные устройства и фиксаторы. Поворотные устройства состоят из двух частей: неподвижной, закрепленной на станке, и поворотной, на которой непосредственно или с помощью рабочего приспособления закреплена заготовка. Для осуществления фиксации поворота в неподвижной части располагают фиксатор, а в подвижной части делительный диск. Отдельные виды фиксаторов стандартизированы (ГОСТ 13160—67...13162.67); разные конструкции их приведены в литературе [4]. Стандартизированы также отдельные виды поворотных приспособлений — поворотные стойки и столы, делительные головки (ГОСТ 16203— 70, 16936-71).
При работе с делительными и поворотными устройствами имеют место погрешности деления. Вероятное отклонение по шагу делительного диска зависит от зазора А между пальцем фиксатора и втулкой делительного диска, зазора Ai между направляющей частью пальца фиксатора и его втулкой, эксцентриситета е втулок и погрешности размещения отверстий в делительном диске 6о:
6 = A + &i+e + 6o. (16.1)
Определение вероятной погрешности деления
Пример 16.1. Сконструировано делительное приспособление нормальной точности с фиксатором с цилиндрической фиксирующей частью пальца диаметром di —12 мм и направляющей частью диаметром </2 = 22 мм, которые соединяются со втулками по посадке Н7/g6. Требуется определить вероятную точность деления.
Решение. 1. Подбираем данные для формулы 16.1. Для определения зазора А определяем максимальный зазор в соединении 0 12//7/g6: Smax = A = 0,018 + +0,012 = 0,03 мм.
Для определения зазора Ai определяем максимальный зазор в соединении 0 22H7/g6t Smax = A| =0,021 + + 0,020 = 0,041 мм.
107
Таблица 16.1
№ вари* аита Форма пальца Степень . точности Диаметр пальца, мм № варианта Форма паль- ца Степень точности Диаметр пальца, м
фиксирующей части d{ направляющей части ^2 фиксирующей части d\ направляющей части
I н т 8 10 VI к н 10
II ц п 8 10 VII ц от 20 34
III ц н 8 10 VIII к п — 12
IV к т — 10 IX ц п 16 26
V к п — 10 X к от — 16
Эксцентриситет втулок принимаем равным 0,003 мм. Следовательно, е=2 *0,003 = 0,006 мм.
Допустимое смещение осей отверстий втулок 6о = = 0,03 мм.
2. Вероятная погрешность деления по формуле (16.1) составит
брасч=30 *4“ 41 -ф- 6 -J- 30= 107 мкм = -+-54 мкм.
3. Вероятная погрешность по табличным данным [4], для нашего 6табл = ±(55... 60) мкм, что свидетельствует о правильности расчета.
Задача 16.1. Делительное приспособление (для вариантов, указанных в табл. 16.1) указанной степени точности (Н — нормальная, П — повышенная, ОТ — особо точная) с пальцем цилиндрической (Ц) или конической (К) формы диаметром в фиксирующей части, равным d\, и в направляющей равным d2.
Требуется определить вероятную погрешность деления расчетным и табличным методами.
§ 17. КОРПУСА ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Корпуса приспособлений обычно самые крупные, нагруженные, ответственные и часто весьма сложные и точные детали. При конструировании корпуса учитывают удобство расположения на нем всех элементов приспособления, обеспечение доступа к органам управления и к заготовке, простота очистки от стружки и СОЖ, удобство установки и снятия заготовки. Корпуса должны быть достаточно прочными и жесткими, но одновременно минимально металлоемкими. Важно правильно выбрать
108
способ получения заготовки корпуса (литьем, сваркой и др,). Важно учесть, что имеется большое количество стандартизованных корпусов и их деталей — ребер, лапок, угольников и др. (ГОСТ 4074—69...4082—69, 4585—69, ...4590—69, 12944—67 ... 12961—67).
В работы по конструированию корпуса входит выбор способа центрирования корпуса на станке и определения возможной погрешности при этом, а также способа крепления корпуса на станке.
Установка, центрирование и закрепление корпусов приспособлений на станках
Пример 17.1. Проектируется фрезерное приспособление для фрезеровки паза на горизонтально-фрезерном станке модели 6Р82Г. Корпус приспособления несложной конфигурации и выполняется сварным.
Требуется: предложить метод и средства правильной установки и центрирования корпуса на столе станка; рассчитать погрешность установки корпуса; выбрать способ и средства крепления корпуса приспособления к столу.
Решение. 1. Для установки приспособления на столе станка необходимо иметь данные о посадочных местах станка и, в частности, о его 6Р82Г имеет прямоугольную форму с рабочей поверхностью 1250X320 мм, на которой размещены три продольных Т-образных паза (рис. 17.1) с размерами, мм: ai = 18779 (у среднего паза);
столе, стол станка модели
Рис. 17.1
109
й2—\8Н\0 (у крайних пазов); Ь = ЗО; с=14; й=18. Шаг между пазами равен 70 мм.
2. От правильной установки приспособления на столе станка зависит параллельность оси приспособления относительно продольной оси стола. Для обеспечения параллельности в подошве корпуса приспособления устанавливают две шпонки как можно дальше друг от друга. Они могут быть круглые, призматические привертные или ступенчатые; нижняя часть шпонок выполняется точно по 8... 10-му квалитетам точности с полем допуска h и служит для установки приспособления в средний Т-образный паз стола станка.
3. Погрешность установки корпуса обусловлена зазором в соединении паза стола со шпонками приспособления. Наибольшая возможная угловая погрешность а установки приспособления на столе определяется расчетом по формуле, tg а = Smax/£, которая аналогична формуле (12.1). В нашем случае ширина паза а, = 18//9+и°43, а ширина шпонки ашп = 18/г9(-0.043) и, следовательно, наибольший зазор в соединении каждой шпонки с пазом составляет 0,086 мм. Приняв расстояние между -шпонками L — 5QQ мм, получим наибольшую возможную угловую погрешность: tg а = 0,086/500, что соответствует а» 0,6'.
4. Нижняя часть корпуса — его плита, как и стол, имеет прямоугольную форму. Крепление ее производится двумя, а в случае выполнения тяжелой работы — четырьмя болтами. С этой целью в п те делаются проушины (рис. 17.2); их размеры стандартизованы [4], например для болта М16 они равны: £>=18 мм, Di — = 38 мм, Z = 25 мм.
Крепление приспособления к столу осуществляется с использованием указанных Т-образных пазов.
Задача 17.1. Приспособление для закрепления заготовки центруется и крепится на столе станка.
Таблица 17.1
Номер варианта Тип станка Номер варианта Тип станка
I; Н III; IV V; VI Горизонтальнофрезерный Карусельный Универсальный фрезерный VII; VIII IX; X Зубофрезерный Вертикальнофрезерный
НО
Наибольший габаритный размер заготовки у нечетных вариантов табл. 17.1 равен 300 мм, а у четных — 700 мм.
Т ребуется: задаться моделью станка; установить способ центрирования приспособления на столе станка; установить наибольшую возможную погрешность установки приспособления.
$ 18. УНИВЕРСАЛЬНО-СБОРНЫЕ
И УНИВЕРСАЛЬНО-НАЛАДОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
Экономическая эффективность применения универсально-сборных приспособлений (УСП) устанавливается в результате сравнения годовой экономии по себестоимости выполнения операции от применения УСП (Эгод) с годовыми затратами по использованию УСП (Спргод).
Условие эффективного применения выражается неравенством ЭГОд > Спргод и подробно рассчитывается по формуле
(ЛитСсс! /штгССс2)Д год Сцом /^повт, (18.1)
где /шт — штучное время операции, мин, при выполнении ее без приспособления или с универсальным приспособлением; /шт 2 — штучное время операции, мин, при
Таблица 18.1
Виды работ Значения себестоимости операции Ссс, руб./мин, в зависимости от разряда рабочего
I II Ill IV V VI
Токарные, фрезерные и шлифовальные Сверлильные 0,026 0,022 0,028 0,024 0,032 0,026 0,034 0,030 0,040 0,036 0,052 0,045
Таблица 18.2
Вид затрат Затраты на одну компоновку, руб., в зависимости от группы сложности УСГ
1 11 111 IV
Полная 3,9 5,1 7,2 10,5
Неполная (без учета амортизации) 2,6 3,6 5,7 9
Ш
выполнении ее с УСП; Ccci и Ссс2 — себестоимость работы на станке, руб/мин, включающая зарплату производственных рабочих с начислениями, затраты на амортизацию, эксплуатацию станка и универсальных приспособлений и другие цеховые расходы (табл. 18.1); Дгод — годовая программа выпуска, шт.; Ском — затраты на эксплуатацию одной компоновки УСП, руб. (табл 18.2); Кповт — коэффициент повторяемости компоновки, численно равный числу переналадок в течение года.
Определение экономической эффективности применения универсально-сборных приспособлений
Пример 18.1. По действующему на заводе технологическому процессу фрезерная операция выполняется рабочим V разряда без использования приспособления и штучное время составляет /ШТ|=48 мин. Внесено предложение об использовании УСП III группы сложности. Технологический анализ предложения рационализатора установил, что при применении приспособления с этой работой справится рабочий III разряда и штучное время-операции составит /шт2=8 мин.
Годовой объем выпуска рассматриваемой детали Дгод = 32 шт. и выпуск их производятся ежеквартально партиями по 8 шт. (7<повг = 4).
Требуется дать заключение об экономической эффективности от внесенного предложения о применении приспособления УСП.
Решение. Экономическая эффективность применения УСП имеет место, если годовая экономия по себестоимости выполнения операции с применением УСП превышает годовые затраты по использованию УСП для данной операции. Подставляя числовые значения в формулу (18.1), для нашего случая получим
(48 0,04 - 8 • 0,032) • 32 > 7,2 • 4.
Из решения видно, что экономия от применения УСП составляет в год 24,32 руб.; себестоимость снижается на 45,8%, повышается качество обработки, можно использовать менее квалифицированного исполнителя и рациональнее использовать станок.
Задача 18.1. В связи с малым объемом выпуска деталей выполнение операции на заводе осуществлялось высококвалифицированным рабочим без приспособления
112
Таблица 18.3
Параметры Варианты
1 11 III IV V VI VII VIII IX X
Операция Сверлильная Токарная Шлифовальная Фрезерная
Дгод, шт. 40 25 18 45 12 60 22 36 170 100
Кповт 2 1 2 1 2 3 1 4 12 6
/ШГ|, МИИ 29 40 75 24 180 70 140 15 24 14
^шт2» МИН 19 15 27 17 60 45 65 4 10 8
Разряд рабочего при работе с УСП III Ш 11 II III IV III III II II
Разряд рабочего при работе без УСП V IV IV III IV VI VI V III III
Группа сложности УСП 1П 11 III III IV II IV I I I
или с помощью примитивных приспособлений или принадлежностей при станке и составляло относительно большое время обработки ^ШТ1 (варианты приведены в табл. 1.8.3). Было внесено предложение о применении на этой операции УСП. Данные, полученные по обоим вариантам выполнения этой операции, приведены в табл. 18.3.
Требуется дать заключение об экономической эффективности от внедрения УСП.
$ 19. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Проектирование станочного приспособления — часть системы работ по технологической подготовке производства. Эта работа состоит в последовательном составлении текстовых и конструкторских документов. При проектировании приспособлений выполняются специальные технические расчеты по надежности закрепления заготовки, по точности работы приспособления, конструкторские расчеты по прочности и жесткости объекта, технико-экономические расчеты, подтверждающие экономическую эффективность и целесообразность применения приспособления.
При проектировании приспособления необходимо последовательно выполнить: анализ исходных данных, заданных для проектирования приспособления, разработку общего вида (сборочного чертежа) приспособлений и его
5-961 113
деталировку, необходимые технологические, конструкторские и технико-экономические расчеты.
Одним из специальных расчетов, выполняемых при проектировании приспособлений, является определение сил, необходимых для закрепления заготовки и параметров силовых агрегатов приспособления. Расчет проводят в такой последовательности:
1) составляют схему всех сил, действующих на заготовку в процессе обработки ее (сил резания и зажимных сил, устанавливают эффект действия этих сил, их направление и числовое значение уже известных сил резания;
2) исходя из условия равновесия, составляют уравнение сил и уравнение моментов сил, действующих на заготовку;
3) устанавливают значение коэффициента надежности закрепления и вводят его в уравнение;
4) решая это уравнение, определяют зажимную силу, необходимую для надежного закрепления;
5) определяют силу привода, необходимую для получения установленной зажимной силы.
При расчетах зависимостей между силами резания и закрепления, действующих в процессе резания на заготовку, пользуются: коэффициентом сцепления, зависящим от формы поверхности (/=0,1...0,25 при гладких и хорошо обработанных поверхностях, /=0,35 при наличии кольцевых канавок на поверхностях кулачков, цанг и др., /=0,45 при крестообразных канавках, /=0,8...1 при односторонне нарезанных зубьях, направление которых мешает возможному перемещению заготовки), коэффициентом надежности закрепления К (/(=1,5...2 при чистовых работах и К^2,5 при черновых операциях). При выполнении работ, когда имеются факторы, влияющие на значения сил резания и зажима (наличие неровностей на обрабатываемых поверхностях, износ инструментов, прерывистое резание и др.), коэффициент надежности закрепления рассчитывают по формуле
К^б/СКгКзКЖз/Сб, (19.1);
где: /(1, Кз,..., /Се — поправочные коэффициенты, выбор которых производится по табл. 19.1, поправочный коэффициент Кг, учитывающий увеличение сил резания от прогрессирующего износа режущего инструмента, приводятся в табл. 19.2.
114
Таблица 19.1
Фактор изменения сил
Коэффициент
Увеличение сил резания из-за неровностей на заготовках
Прерывистое резание при точении
Непостоянство зажимного усилия
Удобство расположения рукояток ручных зажимов
Наличие крутящего момента, стремящегося повернуть заготовку, и наличие больших установочных поверхностей
Л*! =1,2 (при черновой обработке)
Кз= 1,2
/<4—1,3 (при ручных зажимах)
/<5=1,25 (при неудобном расположении рукояток)
/<6=1,5
Таблица 19.2

Вид обработки
Коэффициент Кг, учитывающий износ инструмента, для различных компонент силы резания и обрабатываемых материалов
Точение и предварительное растачивание
Чистовое растачивание
Фрезерование
Протягивание
Шлифование
Сверление
Зенкерование:
черновое чистовое
чугун
сталь
1,2
1,2
1,3
1,2
Разработка идеи конструкции приспособления
Пример 19.1. При проектировании технологиче-
ского процесса изготовления корпуса приспособления для токарной операции расточки отверстия диаметром D (см. пример 4.1) выбраны технологические базы и составлена схема базирования.
Требуется разработать идею возможных вариантов приспособления для рассматриваемой операции.
Решение. 1. Так как обработку предполагается произвести на токарном станке, то ось отверстия заготовки должна совпадать с осью вращения шпинделя станка и приспособления.
2. Установочным элементом под технологическую установочную базу — плоскость А будут три опоры 1...3 (рис. 19.1). Под направляющую плоскость Б устанавливают две опоры 11 и 12. Роль шестой точки базирования выполняет подвижная призма 5, перемещающаяся по направляющим корпуса приспособления под действием винта 6, который располагается в неподвижной гайке 7, укрепленной на корпусе 5.
g - $аза опорная Заготовка
Рис. 19.1
116
3. Зажим заготовки может быть осуществлен механизмом подвижной призмы, но поскольку она является установочным элементом, ее не следует сильно нагружать, чтобы призма не деформировалась. Рациональнее применить два прихвата 4, 9.
4. Корпусом приспособления должна быть сварная конструкция 10. На его горизонтальной полке разместится три опоры и детали двух комплектов прихватов. Для большей жесткости и прочности этой части корпуса нужно предусмотреть ребра жесткости. В вертикальной стенке корпуса установлены две опоры и комплект деталей механизма перемещения и зажима призмы. Там же должны быть предусмотрены противовесы для балансирования приспособления.
5. Приспособление должно быть центрировано и укреплено на планшайбе станка и в сборе с заготовкой отбалансировано. Для безопасности работы должен быть предусмотрен защитный кожух.
Задача 19.1. Используя исходные данные задачи 4.1 и результаты, полученные в решении примера 9.1, разработать идеи возможных вариантов приспособления для заданной операции (см. табл. 4.1).
Проектирование станочного приспособления
Пример 19.2. В разработанном технологическом процессе изготовления ступенчатого вала в условиях серийного производства имеется фрезерная операция по изготовлению шпоночной канавки.
Требуется сконструировать приспособление для этой операции.
Основными исходными данными для этой работы являются: чертеж обрабатываемой детали, маршрутная карта технологического процесса механической обработки (МК), операционная карта механической обработки на рассматриваемую операцию (ОК), карта эскиза (КЭ) с изображением операционного эскиза на операцию и указание о типе производства.
Решение. 1. Деталь — ступенчатый стальной вал обрабатывается на горизонтально-фрезерном станке модели 6Р82Г. Производится фрезерование открытого шпоночного паза шириной 20 мм и длиной 25 мм с полной глубиной 7,9 мм и с выходом дна паза по радиусу R = 40 мм (рис. 19.2). Обработка ведется трехсторонней дисковой
117
Рис. 19.2
фрезой D — 80 мм. Длина канавки задана от левого , торца. -
Технологическая база — три поверхности: 2 цилинд- ?
рические поверхности 0 65,2/г9 и 0 60,2/г9 и левый торец I вала. Поверхность, воспринимающая зажимную силу, — цилиндрическая поверхность 0 90 мм.
Посадочное место станка для приспособления — стол с рабочей поверхностью 1250X320 мм и тремя Т-образными пазами шириной 18 мм в верхней части паза, расположенными с шагом 70 мм.
2. Конструирование приспособления начинается с выполнения сборочного чертежа или чертежа общего вида.
Работу начинают с изображения детали в двух-трех проекциях тонкими или штрихпунктирными линиями в положении, которое она занимает в этой операции. Между проекциями оставляют место для размещения всех элементов приспособления (рис. 19.3, а).
Направляющим элементом приспособления для правильной взаимной ориентации фрезы и заготовки с приспособлением принимаем угловой установ 6 по ГОСТ 13345—78, но выполняем его зацело со стойкой для сокращения числа деталей.
Установочными элементами принимаем две стандартные опорные призмы 7 по ГОСТ 12195—66 и в качестве упора для торца — постоянную опору с плоской головкой 22 по ГОСТ 13340—68. Призмы и установ крепим винтами, а для предохранения от сдвига используются штифты.
Для зажима принимаем ручной резьбовой передвижной (отводной) прихват. В его комплект входят: сам прихват 9 по ГОСТ 4735—69, шпильки 19, пружина 18, опора 20, гайки 11, 21 и шайбы 16, 17.
ИЗ
В-8
Корпус приспособления, имеющий вид плиты, выполняется стандартным по ГОСТ 12947—67 или 12948—67. Корпус имеет четыре проушины для крепления на столе станка.
В качестве центрирующих элементов используются две призматические привертные или круглые шпонки. Приспособление крепят к Т-образным пазам болтами, шайбами и гайками.
Общий вид (сборочный чертеж) приспособления должен отвечать требованиям ЕСКД. На нем необходимо проставить габаритные и установочные размеры заготовки, размеры, связывающие приспособление с режущим инструментом (размер «под щуп») и со столом станка (соединение «паз—шпонка»), а также размеры ответственных соединений и агрегатов.
На чертеже приспособления излагаются технические требования (ТТ), предъявляемые к приспособлению:
1) допуск параллельности общей оси призмы 7 относительно поверхности А равна 0,1 мм;
2) допуск параллельности общей оси призмы 7 относительно поверхности Б двух шпонок 3 равен 0,1 мм;
3) задиры и забоины на рабочих поверхностях не допускаются;
4) нерабочие поверхности оксидировать.
Указываются также условия и сроки проверки приспособления в эксплуатации.
На приспособление должна быть составлена спецификация в соответствии с ГОСТ 2.108—68.
В конструкции приспособления из 45 деталей — только 2 оригинальные (установ 6 и прослойка 10), а остальные — стандартные, составляющие 95,6% общего количества. Это положительно сказывается на стоимости
проектирования, изготовления и эксплуатации приспособления.
3. При конструировании приспособления выполняется ряд расчетов, и первым из них — расчет обеспечения правильного базирования заготовки. Так как заготовка базируется на двух ступенях разного диаметра, то призма под ступень меньшего диаметра должна быть
120
расположена выше призмы под ступень большего диаметра на толщину А прокладки (рис. 19.4):
А = Д) - K2 = di/(2sin 45°)- d2/(2 sin 45°) = =(di - d2)/(2sin 45°)=(65,2 - 60,2)/(2 ♦ 0,707)= = 3,536 мм.
Далее делают расчет погрешности базирования. Базирование заготовки в рассматриваемом приспособлении происходит с помощью двух призм с углом а=90°. Размер глубины шпоночной канавки задан размером h\= ~ 7,9 ±0,25 (см. рис. 9.2) от верхней образующей. Шейка вала имеет допуск, равный 7^ = 0,074 мм. Возможная погрешность определяется по формуле
ef = l,21Td= 1,21 -0,074 0,09 мм.
В нашем случае погрешность базирования меньше допуска размера и точность обработки по этому параметру обеспечена.
Теперь рассмотрим расчет погрешности по перекосу шпоночного паза. Этот перекос может возникнуть.в связи с наличием зазоров между стенками среднего (точного) паза стола, имеющего ширину 18+° 045 и шпонками приспособления шириной 18~(,° , находящимися друг от друга на расстоянии 380 мм. Возможная угловая погрешность определяется по формуле (12.1):
tg a=Smax/L=(l8,043—17,957)/380=0,0002 мм.
Это значит, что перекос шпоночного паза на длине 100 мм составит 0,02 мм и эту величину нужно сравнить с допуском в технических требованиях к детали.
Одним из основных расчетов является расчет на надежность закрепления заготовки. Цель этого расчета состоит в выяснении значений сил резания и сил зажима, которые будут гарантированно противодействовать силам резания и обеспечат полную неподвижность и надежность закрепления заготовки.
Расчет выполняют в следующем порядке:
1) определяют силы, действующие на заготовку от режущего инструмента. В качестве исходных используем данные операционной карты. По ним находим, что мощность резания Л7реэ==1,3 кВт.
При фрезеровании паза дисковой трехсторонней фрезой возникает сила резания Р2, которую для удобства рассматривают состоящей из Рн — горизонтальной со-
121
ставляющей усилия резания, которая сдвигает заготовку в осевом направлении, и Ру — вертикальной составляющей, опрокидывающей заготовку вокруг точки О (см. рис. 19.2).
Рг==60 037Л^рез/и,
где ц=63,8 м/мин — скорость резания; Лгрез=1,3 кВт — мощность. Отсюда
Рг=60 037-1,3/63,8= 1224 Н;
Рн=( 1,0... 1,2)Рг = 1, Ы 224 = 1346,4 Н;
Ру=(0,2...0,3)Рг=0,25-1224 = 306 Н.
Находят силы, действующие на заготовку от зажима. Прихват зажимного устройства приспособления, действующий на заготовку силой Рзаж (рис. 19.5), вызовет в точках касания заготовки с призмами появление двух реакций Р. Рассматривая проекции всех трех сил (Рзаж; Р; Р) на вертикальную ось, получаем
Рзаж“'2/?СО5 45° = 0,
откуда
Р = Рзаж/(2со8 45°)=0,707Рзаж;
2) составляют уравнение надежности закрепления, для чего рассматривают раздельно действие сил Рн и
а) действию силы Рн,
Рис. 19.5
стремящейся сдвинуть заготовку в осевом направлении, противодействуют силы тре-ния ST=f(F'L + 2tf).
Приняв /=0,25, получим 2Г = 0,6РзЯаж.
Условие надежности имеет вид Рн<^Т, т. е. Рн< <0,6Рз'аж;
б) от действия силы Ру заготовка может повернуться вокруг точки О, так как на нее действует момент силы Pyl2, а противодействует ему момент силы Р3УажЬ| (см. рис. 19.2). Условие надежности имеет вид: Р У^^СР заж/1 ;
122
3) определяют коэффициент надежности закрепления, К = 1,5Х|К2ХзК4/<5Кб, пользуясь табл. 19.1 и 19.2:
/<=1,5-Ь 1,3-Ы, 2-1-1=2,34;
4) определяют сйлу зажима для надежного закрепле-ния, имея в виду условия надежности:
KPH=0,6F?a*,
KPvl2=F^ll,
откуда
^заж = FL* + Яаж = 1 ,1 Pz К/0,6 + 0.25РгК12/11 =
= 1224- 2,34( 1,1 /0,6 + 0,25 • 265/125) = 6759,4 Н;
5) выбирают гайку для прихвата, используя формулу
1^г = /7зажЬ/(ап)-
При Ь=2а\ 71=0,95 получаем №г=6759,4-2/0,95= = 14,2 кН. Такое зажимное усилие развивает гайка М30[1].
Рассчитывают наиболее нагруженные детали приспособления на прочность. В нашем случае к ним относятся детали зажимного устройства. Так, шпильку 19 (см. рис. 19.3, а) следует проверить на растяжение силой 14,2 кН, а прочность прихвата 9 на изгиб, как балку, лежащую на двух опорах и нагруженную посередине силой 14,2 кН.
Определяют стоимость приспособления и других экономических показателей:
а) по количеству наименований деталей (см. табл. 19.3) приспособление можно отнести к III группе сложности.
б) срок амортизации приспособления III группы сложности составляет 3 года (см. табл. 11.1);
в) стоимость приспособления:
по формуле (11.1) Спр.а“3-45-1,7=229,5 руб.;
Рис. 19.6
123
Таблица 19.4
№ варианта Размеры, мм
df/19 Д'! ^-общ +°’2 /к R
I 50,2 75 285 85 16 6,1 35 50
11 60,2 85 290 80 18 7J 30 50
III 40,2 65 245 75 12 5.1 30 40
IV 70,3 95 315 90 20 7,65 45 40
V 35,1 60 250 85 10 5,05 40 40
VI 30,1 105 345 110 8 5,05 55 31
VII 45,2 70 265 75 14 5,6 35 40
VIII 75,3 100 330- 100 20 7,65 50 40
IX 55,2 80 300 80 16 6,1 40 50
X 30,1 55 220 70 8 5,05 30 31
по табл. 11.1 Спр.б—126 руб.
Средняя стоимость приспособления Спр=177,75 руб;
г) годовая стоимость приспособления с учетом расхода на эксплуатацию и ремонт [см. формулу (11.2)] составляет Cnp.r0A—177,75(1 /3+20/100)=94,8 руб.
Задача 19.2. Проектируется фрезерное приспособление для фрезерования шпоночного паза на крайней ступени трехступенчатого вала (рис. 19.6). Варианты размеров вала приведены в табл. 19.4 (dj—ds)- Производство — серийное. Операция выполняется на горизонтально-фрезерном станке.
Требуется: выбрать модель станка; произвести анализ исходных данных задачи; выполнить чертеж общего вида приспособления; составить спецификацию и установить стоимость приспособления. Неуказанными в табл. 19.4 размерами задаться.
Задача 19.3. Для спроектированного в примере 19.2 фрезерного приспособления рассмотреть возможные варианты усовершенствования и обосновать их.
124
Глава III
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ОСНОВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Всякая деталь машины ограничена разными по форме, размерам, точности, шероховатости и другим показателям поверхностями. При проектировании технологического процесса изготовления детали для каждой ее поверхности должны быть выбраны соответственно методы обработки и установлена последовательность обработки.
Основным методом является механическая обработка, в которой участвуют элементы технологической системы (станок — приспособление — инструмент — заготовка). Согласно требованиям, предъявляемым к обрабатываемой поверхности, принимают такой вид обработки, технологические возможности которого обеспечивают снятие заданного припуска с соблюдением экономической точности обработки, высокую производительность и выполнение других технико-экономических показателей.
Существенной частью работы по проектированию технологического процесса является разработка станочных операций, в ходе которой устанавливают содержание и структуру операции, выбирают тип и модель станка, технологическую оснастку, определяют режимы резания, выполняют техническое нормирование операции и производят все расчеты, подтверждающие экономическую эффективность проектируемой операции.
$ 20. ОБРАБОТКА НАРУЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕН ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ
Наружные поверхности тел вращения, особенно цилиндрические, вполне технологичны. Эти поверхности имеются у многих деталей машин, в частности у деталей класса 40 («Тела вращения»).
Механическая обработка таких поверхностей производится на этапах черновой и получистовой обработки точением, на этапе чистовой обработки — тонким точе
125
нием или шлифованием, отделочные работы — тонким шлифованием, притиркой, суперфинишем.
В зависимости от вида заготовки и требований, предъявляемых к поверхности по точности, шероховатости и другим параметрам, меняется количество технологических переходов, необходимых для обработки (см. § 8).
Проектирование операции черновой обработки ступенчатого вала из горячекатаного проката
Пример 20.1. Ступенчатый вал (см. рис. 5.2) подвергается черновой токарной обработке в условиях мелкосерийного производства. Исходная заготовка — штучная из горячекатаного круглого проката нормальной точности 0 100±?:7 (см. пример 5.1) — после разрезания была подвергнута обработке торцов и их зацентровке. Масса заготовки тз = 29,6 кг. Материал детали — сталь 45 (ав=700 МПа). Эскиз заготовки после токарной операции изображен на рис. 20.1.
Требуется спроектировать операцию указанной обработки.
Решение. 1. По условию устанавливаем, что в проектируемой операции должны быть обработаны пять наружных цилиндрических поверхностей и четыре торцовых (на уступах) — всего 9 поверхностей. Точность размеров невысокая — по 12-му квалитету, шероховатость поверхности достаточно велика (Яа 20 или /?z80).
Для получения такой точности и шероховатости достаточно провести однократную токарную обработку. При этом допускаются большие глубина резания и подача. Следует обратить внимание на большие общие припуски при обработке крайних ступеней вала, достигаю-
126
Рис. 20.2
щие величины 100—61,65=38,35 мм. Такие припуски придется удалить за несколько рабочих ходов. Так как необходимо обработать все наружные поверхности (кроме наружных торцов), то операция будет выполняться в два установа.
Обращает на себя внимание характер простановки линейных размеров: все они задаются от торца уступа между ступенями с диаметрами 81,7 и 91,2 мм. Это обстоятельство повлияет на порядок обработки торцовых поверхностей. Из торцов нужно в первую очередь обработать базовый торец и от него вести отсчет и контроль линейных размеров при обработке остальных уступов заготовки.
2. Из приведенных выше соображений операция состоит из двух установов (рис. 20.2) и девяти технологических переходов, перечисленных в табл. 20.1.
3. Мелкосерийный тип производства определяет применение универсальной технологической оснастки.
4. Для рассматриваемого случая с учетом типа производства пригодны универсальные токарные и токарновинторезные станки, допускающие обработку заготовок над суппортом диаметром 100 мм и более и с расстоянием между центрами 500 мм и более. К таким станкам относятся станки моделей 1П611, 1Б616, 1К62, 16К20 и др.
127
Таблица 20.1
оо
№ перехода Наименование перехода Расчет размеров Режим обработки /о, мин мин
диаметр, мм длина, мм мм i 5, мм/об об/мин V м/мин
Установ А
1 Установить и закрепить заготовку 2,1-
2 Точить поверхность / предварительно 100 168 4,4 1 0,7 250 78,5 0,96 0,57
3 Точить поверхность 2 с образованием торца 3 91,2 43 4,75 1 0,7 250 71,6 0,86 0,57
Установ Б
4 Переустановить заготовку 1,7
5 Точить поверхность 4 с образованием
торца 9 100 362 3,3 2 0,7 250 78,5 4,1 1,0
6 Точить поверхность 5 с образованием торца 8 86,8 242 2,55 2 0,7 815 85,9 1.1 0,57
7 Точить поверхность 6 с образованием торца 7 81,7 122 5,0 2 0,7 315 80,9 1.1 0,94
8 Снять заготовку 0,55
9 Контроль работы
Итого ... 8,12 8,0
Можно использовать, например, токарно-винторезный станок модели 16К20 (наибольший наружный диаметр заготовки над суппортом 220 мм и расстояние между центрами 710 мм). Технические характеристики этого станка соответствуют лучшим мировым стандартам.
5. Технологическая оснастка для данной операции состоит из:
а) токарного поводкового патрона по ГОСТ 2572 — 72 диаметром 400 мм (код 39.6110. ХХХХ);
б) поводкового хомутика по ГОСТ 2578 — 70 для зажима заготовок диаметром 0 100 и 62 мм (для двух установов);
в) упорного центра Морзе 6 по ГОСТ 2575—79 для установки в шпиндель станка (код 39.2844.ХХХХ);
г) вращающегося центра Морзе 5 ГОСТ 8742—75 для установки в пиноль задней бабки (код 39.2842.ХХХХ).
Выбор режущих инструментов производится по технологическим справочникам, ГОСТам и другим источникам. Так, для обтачивания поверхности в первом технологическом переходе используют токарный проходной отогнутый резец, оснащенный твердосплавной пластиной Т15К6, с углом ф=45° по ГОСТ 18877—73, а для точения шеек с образованием торцов уступов — упорный токарный резец с такой же пластиной (<р=90°) по ГОСТ 18879—73 (код 39.2131 .ХХХХ). Размеры резцов — по размерам резцедержателя станка (по паспорту станка) — 16X20X150 мм [17].
Полезно предусмотреть, чтобы твердосплавные пластинки имели износостойкие покрытия, нанесенные на них в вакууме на установках типа «Булат». Это значительно увеличивает стойкость инструментов, а следовательно, сокращает их расход, повышает производительность и экономичность процесса.
Контроль размеров производится штангенциркулями и линейками или скобами и шаблонами.
Для контроля шероховатости обработанных поверхностей применяем образцы шероховатости /?а 20 по ГОСТ 9378—75 для наружных поверхностей вращения и для плоских поверхностей,
6. В соответствии с выбранным оборудованием наименование операции «Токарно-винторезная» (ГОСТ 3.1702 — 79, прилож. 2).
Описание содержания операции по установим и переходам приводится в табл. 20.1.
В результате совмещения переходов и применения
129
при обтачивании ступеней вала упорных резцов с углом <р=90° число технологических переходов можно уменьшить до 6 вместо 9, как установлено в п. 2.
7. Теперь надо рассчитать рациональные припуски на черновую обработку. При выполнении 2-го перехода (см. табл. 20.1) обтачивается поверхность 1 (см. рис. 20.2), припуск 2/7 на диаметр и глубина резания /г при этом переходе определяются так (см. рис. 20.1): 2/7=100—91,2=8,8 мм; /2=277/2=8,8/2=4,4 мм.
При выполнении 3-го перехода получаем
2/7=91,2—81,7=9,5 мм; /3=4,75 мм.
Для 5-го перехода
2/7=100—86,8=13,2 мм; /5=3,3 мм (при /=2).
Для 7-го перехода
2/7=81,7—61,65=20,05 мм; /7=5 мм (при i=2).
8. Установление режимов резания производится с помощью литературы [17], для каждого Z-го технологического перехода по глубине резания ti выбирают подачу 5НОрм, по паспортным данным станка устанавливается подача 5факт, ближайшая к значению SHoPM; далее выбирают скорость резания иНоРМ, по ней рассчитывают частоту вращения шпинделя, об/мин: пРасч=1000иНорм/(л£/); для данного станка по паспорту находят фактическое значение Пфакт и определяют фактическую (действительную) скорость резания, м/мин: акт—ЗТ^/Л-факт/1000.
Разберем подробно 2-й переход:
глубина резания /г=4,4 мм (см. п. 7);
выбираем подачу $ноРм=0,5...0,7 мм/об;
устанавливаем $факт=0,7мм/об;
выбираем скорость резания унорм=117 м/мин (1,95 м/с);
поправочные коэффициенты КИ=КИ=1;
определяем расчетную частоту вращения шпинделя ирасч= 1000-117/(3,14• 100)=372 об/мин;
частота вращения по паспорту станка пфакт=315 об/мин; рассчитываем фактическую скорость резания ^фаКТ=0,001 • 3,14 • 100«315=99 м/мин.
Теперь нужно проверить выбранный режим резания по мощности станка. Мощность, потребная на резание, равна 8,3 кВт, поправочный коэффициент 1. Мощность на шпинделе Мип=7,6...8 кВт. Мощность на шпинделе по слабому звену кинематической цепи Л^п= =7,6...8,5 кВт. Отсюда следует, что принятый режим ре- j 130 i
зания неосуществим на станке, так как потребная мощность больше, чем достижимая (8,3>7,8).
Выход из положения можно найти, перейдя на ближайшую меньшую частоту вращения Лфакт—250 об/мин; при этом ифакт=0,001 • 3,14• 100.250=78,5 м/мин.
При этом режиме потребная мощность равна 7 кВт. Процесс резания теперь осуществим, так как выдержано условие Мютр <.Niun.
Заметим, что вынужденное снижение скорости резания против нормативной увеличит стойкость инструмента, а это даст экономию режущего инструмента.
9. Техническое нормирование операции выполняется по литературе [16], и его результаты приведены в табл. 20.1:
основное технологическое время операции S to= =8,12 мин;
вспомогательное время операции S /в=8 мин;
оперативное время /Оп=8,12+8=16,12 мин;
время обслуживания рабочего места принято в размере 0,04Z on [16]: fO6c=0,04 * 16,12=0,65 мин;
время перерывов на отдых и личные надобности: /Отд=0,04£оп=0,04‘ 16,12=0,65 мин;
штучное время операции /Шт=/о+^в + ^обс + ^отд=8,12 + +8+0,65+0,65=17,42 мин;
подготовительно-заключительное время на партию деталей [16] составляет /п.з=16+7=23 мин;
штучно-калькуляционное время при партии пд= =30 шт. составит: £ш.к=17,42+23/30=18,19 мин;
норма выработки в смену Нв=(480 —23)/17,42=26 шт.
Необходимости в пересчете вспомогательного времени в зависимости от характера серийности работ в нашем случае нет, так как суммарная продолжительность обработки партии деталей составляет 1,2 смены.
10. После завершения всей работы по проектированию операции необходимо проанализировать результаты и оценить их с точки зрения эффективности, чтобы искать пути интенсификации процесса.
Так, обращает на себя внимание значительное основное технологическое время операции. Это объясняется тем, что при использовании проката, выбранного в качестве заготовки, значительную долю металла (35%) приходится срезать в виде стружки. Выход видится в применении более рациональных, перспективных видов заготовок: штампованных поковок и особенно поковок, получаемых ротационным обжатием, при котором заго
131
товка близка по конфигурации и размерам к готовой детали. При этом методе не используются дорогие и сложные штампы, и его можно применять при любом объеме выпуска деталей.
Но даже при применении проката в качестве заготовок можно значительно уменьшить расход металла и снизить трудоемкость работы, если подвергнуть прокат правке на соответствующем оборудовании (прессах, правильно-рихтовальных станках и др.). При применении правки штучной заготовки и расчете припусков расчетноаналитическим методом диаметр проката должен быть взят не 100, а 95 мм. Это позволяет снизить массу заготовки на 2,9 кг (на 9,8%) и соответственно снизить трудоемкость черновой токарной обработки. При этом изменятся режимы резания 2-го и 5-го переходов (табл. 20.2).
Оперативное время этих двух переходов при этом снизится с 6,63 мин до 3,3 мин, т. е. на 3,33 мин, что составляет около 20,6% от оперативного времени tQn.
При этом соответственно уменьшается расход режущих инструментов, электрической энергии, расходы на заработную плату станочников, на амортизацию станка и др.
Значительный эффект дает использование при токарной обработке копировальных устройств, в частности гидрокопировальных суппортов, которыми теперь оснащаются многие токарно-винторезные станки, в частности станок модели 16К20М.
Если сравнить трудоемкость этой же операции, выполняемой на токарно-винторезном станке (/шк—18,19 мин), с трудоемкостью операции, выполняемой на токарновинторезном станке с использованием гидрокопироваль-ного суппорта (/ш.к=13,5 мин), то сокращение нормы времени на операцию по формуле (11,9) составит
С„„ = 18J.9/7j3-5 • 100% = 25.8%.
Рост производительности труда по формуле (11.10) составит
рп= 100-25,8/(100 — 25,8)=34,8%.
Это свидетельство эффективности применения методов точения с использованием копировального устройства на станках.
Еще больший технико-экономический эффект при рас-
132
Таблица 20.2
№ перехода Наименование перехода Расчет размера Режим обработки ^0, мин /в, мин
диаметр, мм длина, мм t, мм i S. мм/об п, об/мин V, м/мин
2 Точить поверхность 1 предварительно 95 168 1,9 1 0,8 400 119 0,53 0,57
5 Точить поверхность 4 с образованием торца 9 1 95 362 4,1 1 0,7 315 94 1,63 0,57
Таблица 20.3
№ варианта Заготовка Размеры детали, мм
Размеры, мм масса, кг dt d> d:i dt Li L, L,
do т0
I 80 430 17 51,3 76,2 46,5 31,3 346,2 317,2 117,4 83,8
11 95 460 25,6 61,6 86,9 56,7 51,4 381,2 342,4 132,4 78,8
III 70 320 9,7 41,5 66 36,5 31,2 246,2 177,2 97,4 74
IV 105 450 30,5 71,4 95,8 66,5 56,3 361,2 317,4 137,4 88,8
V 65 325 8,4 36,3 61,2 31,4 26,3 241,2 217,4 77,4 84
VI 1 10 425 31,8 81,6 1062 76,5 66,5 316,2 292,4 127,4 108,8
VII 75 400 13,9 46,3 71,6 41,5 36,3 326,2 297,4 107,4 73,8
VIII 110 420 31,4 76,4 1012 71,5 61,4 321,2 282,4 132,4 98,8
IX 90 450 22,5 66,4 81,0 51,4 46,4 371,2 332,4 127,4 78,8
X 60 300 6,7 31,3, 56,2 26,4 21,2 231,2 202,4 82,4 69
%
Рис. 20.3
сматриваемом типе производства дает применение станков с числовым программным управлением (ЧПУ), например хорошо себя зарекомендовавшего станка модели 16К20ФЗ. Хотя режимы резания при этом не повышаются (остаются прежними), значительно сокращается вспомогательное время за счет автоматического управления станком. Особенно большой эффект по производительности труда получается благодаря внедрению на участке станков с ЧПУ многостаночного обслуживания.
Приведенные рассуждения показывают, что в механической обработке деталей имеются огромные резервы для интенсификации процессов обработки, повышения ее эффективности. Их важно вскрывать и активно внедрять в производство.
Задача 20.1. Ступенчатый вал (рис. 20.3) подвергается черновой токарной обработке в условиях мелкосерийного производства. В качестве заготовки принимается горячекатаный прокат круглого сечения нормальной точности. Исходная заготовка — штучная диаметром do, массой то. Токарной обработке предшествовала обработка торцов с выдерживанием размера ЬОбщ и зацентровка их с двух сторон. Материал детали — сталь 40Х ГОСТ 4543—74 (ов=700 МПа).
Варианты приведены в табл. 20.3 для обозначений по рис. 20.3. Допуски на обрабатываемые размеры по Л12.
Требуется спроектировать токарно-винторезную операцию на указанную обработку.
Задача 20.2. Ступенчатый вал, изготовляемый в условиях серийного производства из штучной заготовки из 134
круглого горячекатаного стального проката, обрабатывался начерно на токарно-винторезном станке (см. пример 20.1). В порядке усовершенствования технологии производства внесено предложение об использовании в этой операции гидрокопировального суппорта.
Требуется: разработать операцию; изложить соображения о рациональности предложения и определить показатель роста производительности труда. Варианты такие же, как в задаче 20.1.
Проектирование черновой токарной операции для ступенчатого вала из штампованной поковки на токарно-винторезном станке
Пример 20.2. Ступенчатый вал (см. рис. 5.2) подвергается черновой токарной обработке в серийном производстве. Исходная заготовка — штампованная поковка повышенной точности (I класс) — подвергалась термической обработке, правке, очистке, обработке торцов и центрованию. В результате у заготовки окончательно обработаны крайние торцы и в них образованы центровые отверстия (технологическая база для последующей обработки). Масса заготовки из стали 45 (ГОСТ 1050—74) составляет 22,4 кг. После термообработки (улучшения) получена твердость HRC30...35. Размеры детали и заготовки указаны соответственно на рис. 20.1 и 20.4.
Требуется спроектировать операцию черновой обработки.
Решение. 1. В проектируемой операции обрабатываются 9 поверхностей — 5 наружных цилиндрических поверхностей и 4 торца уступов. Точность размеров всех
Рис. 20.4
135
Рис. 20.5
поверхностей невысокая (12-й квалитет), шероховатость поверхностей большая (7?а20 или /?г80).
Для получения поверхностей с такими параметрами на штампованной поковке достаточно провести однократное точение.
Припуски на механическую обработку по всем поверхностям относительно небольшие и примерно одинаковые (на диаметр — от 4,4 до 5,1 мм, на длину — от 2,4 до 4,8 мм).
Важно обратить внимание на систему простановки линейных размеров. Все они заданы от одного торца уступа, который является базовым. Поэтому его нужно обработать в самом начале операции, чтобы в дальнейшем измерять от него все линейные размеры.
2. Структура и состав операции устанавливают, исходя из необходимости первоочередной обработки базового торца, поэтому операцию проводят за два установа (рис. 20.5). Число технологических переходов — 9 (табл. 20.4) по числу обрабатываемых поверхностей, но имеется возможность сокращения их числа за счет совмещения технологических и вспомогательных переходов.
3. Учитывая серийный тип производства, применяемое технологическое оснащение может быть универсальное и частично специализированное.
4. Выбор станка проводят так же, как в примере 20.1.
136
Таблица 20.4
№ перехода Наименование перехода Расчет размеров Режим обработки МИН /в. мин
диаметр, мм длина, мм /, мм i So, мм/об п, об/мин V, м/мин
1 2 3 4 5 6 7 8 9 Установ А’ Установить заготовку и закрепить Точить поверхность 2 с образованием торца уступа 3 Точить поверхность Установ Б Переустановить заготовку Точить поверхность 4 с образованием торца уступа 5 Точить поверхность 6 с образованием торца уступа 7 Точить поверхность 8 с образованием торца уступа 9 Контроль работы Снять заготовку и уложить в тару 86,8 96,2 66,8 86,8 91,2 43 127 83 125 125 2,55 2.5 2,5 2,55 2,2 1 1 1 1 1 0,8 0,8 , 0,8 0,8 0,8 160 160 250 160 160 43,6 48,4 52,5 43,6 45,8 0,34 1,0 0,42 0,98 0,98 2,1 0,63 0,63 1,7 0,63 0,63 0,67 0,66
Итого ...
3,72 7,61
5. То же касается выбора технологической оснастки, но имеются следующие отличия:
хомутики для установки на крайние ступени заготовок должны иметь диаметры 67 и 82 мм;
всю обработку можно будет выполнить токарным упорным отогнутым резцом с углом ф=90° с пластинкой твердого сплава Т5КЮ;
для контроля размеров применять только скобы и шаблоны.
6. Наименование и содержание операции.
Наименование операции — токарно-винторезная. Содержание операции по установам и переходам — см. табл. 20.6.
7. Установление операционных припусков на обработку проводится по методике, изложенной в примере 20.1.
8. Установление режимов резания в качестве примера проводим для 2-го перехода:
глубину резания /2=2,55 мм (см. табл. 20.4),
подачу выбираем по нормативам [17, Ч. I], корректируем ее по паспорту станка:
5факт=0,8мм/об;
выбираем скорости резания по нормативам: инорм= =51 м/мин, поправочный коэффициент на состояние поверхности заготовки Кп=1;
определяем расчетную частоту вращения шпинделя:
Прасч =1000*51 /(3,14 • 86,8)= 187об/мин;
корректируем ее по паспорту станка: пфакт=160 об/мин; фактическая скорость резания равна
Уфакт=0,001 *3,14*86,8* 160 = 43,6 м/мин;
определяем потребную мощность и сравниваем с паспортными данными:
Мрез=2,9 кВт, а мощность на шпинделе станка по паспорту;
Мшп=7 кВт, т. е. Л/рез^А/шп: резание на установленном режиме возможно.
Аналогично устанавливаются режимы резания по всем технологическим переходам и заносятся в операционную карту (ОК).
9. Техническое нормирование операции выполняем по [16]:
138
основное технологическое время /о=3,72 мин; вспомогательное время /в=7,61 мин;
оперативное время /оп—3, 724-7,61 = 11,33 мин;
время обслуживания рабочего места /обс=0,04Х XI 1,33 = 0,45 мин;
время на отдых и личные надобности /ОТД=0,04Х XI 1,33=0,45 мин;
штучное время /шт=3,72 + 7,61+0,45+0,45=12,23 мин; подготовительно-заключительное время ^п<3=23 мин; штучно-калькуляционное время при пд=50 шт:
/ш к= 12,23+23/50=12,69 мин;
норма выработки в смену Нв=(480—23)/12,23=37 шт.
10. Выводы и предложения, вытекающие из анализа спроектированной токарно-винторезной операции, состоят в следующем:
1) сравнивая трудоемкость обработки начерно штампованной заготовки (/ш.к= 12,69 мин) с трудоемкостью обработки того же вала из горячекатаного проката ^ш.к=18,19 мин), обращаем внимание на сокращение трудоемкости на 5,3 мин, что составляет 30%. Кроме того, имеется значительная экономия металла. Эти факторы подтверждают целесообразность применения исходных заготовок, форма и размеры которых близки к форме и размерам готовых деталей, т. е. штампованных заготовок или отливок;
2) в рассматриваемом случае при оперативном времени ton~ 11,33 мин вспомогательное время /в=7,61 мин, что составляет 67%, т. е. две трети времени операции работа производится вручную и только треть времени работает станок. Очевидно, нужно искать пути механизации операции. Одним из способов, при котором станок, оснастка и остаются прежними, является использование гидрокопировального суппорта. Обработка этой же детали на станке с гидросуппортом будет производиться за две операции — по числу установов. Содержание этих операций и результаты технического нормирования приведены в табл. 20.5.
Штучно-калькуляционное время двух токарно-копировальных операций /шк= 11,26 мин (12,69 мин при обычной токарной обработке). Вспомогательное время tB — = 5,2 мин. Общее сокращение времени штучно-калькуляционного на 1,43 мин дает рост производительности труда на 12,7%.
Задача 20.3. Ступенчатый вал (см. рис. 5.2), изготовляемый из поковки штампованной повышенной точ-
139
№ перехода Наименование перехода Расчет размеров
диаметр, мм длина,, мм
1 2 3 4 I операция Установить и закрепить установку Точить поверхность 3, 2 и / по копиру последовательно Контроль работы Снять заготовку и уложить в тару 96,2 173
1 2 3 4 Итого ... II операция Установить и закрепить заготовку Точить поверхность 4, 5, 6, 7, 8 и 9 по копиру последо- • вательно Контроль работы Снять заготовку и уложить в тару 96,2 350
Итого
Таблица 20.5
Режимы обработки мин в> мин
t, мм / S,mm/o6 п, об/мин V, м/мин
2,1
2,55 1 0,8 160 48,4 1,35 0,42 0,08
1,35 2,6
2,1
2,55 1 0,8 160 48,4 2,73 0,42 0,08
2,73 2,6
ности (1 класс), подвергается черновой токарной обработке. Этой операции предшествовала термообработка исходной заготовки улучшением до твердости HRC30...35, ее правка, очистка и обработка крайних торцов и центрование. Материал вала — сталь 40Х (ГОСТ 4543—74). Размеры заготовки до и после рассматрив
ниям на рис. 20.6 указаны в табл. 20.6.
Требуется: спроектировать токарно-винторезную операцию обработки поверхностей /...7 без использования гидросуппорта (варианты I, III, V, VII, IX) и с ис-
Рис. 20.6
аемой операции по обозначе-
пользованием его (четные номера вариантов); по резуль-
татам выполненной работы произвести сравнение по
показателям производительности труда.
Проектирование шлифовальной операции
Пример 20.3. Ступенчатый вал (см. пример 5.1, рис. 5.2) имеет несколько ступеней высокой точности с малой шероховатостью. Завершающим методом обработки этих поверхностей должно быть чистовое круглое шлифование.
Так, необходимо шлифовать ступень 0 85р6 (вбфо’.оз?) с шероховатостью 1,25 (рис. 20.7). Параметры поверхности перед шлифованием: диаметр 85,16Л8, шероховатость /?а2,5. (Расчет промежуточных размеров приведен в примере 7.2.)
Требуется спроектировать операцию чистового шлифования ступени.
Решение. 1. Анализ исходных данных позволил установить, что материал детали — сталь 45 (ГОСТ 1050— 74) — относится к I группе материалов [17, ч. 3] и после улучшения имеет твердость HRC35, припуск на обработку по диаметру 2/7 = 0,1 мм, длина обрабатываемой поверхности /=120 мм, способ установки заготовки — в центрах, масса заготовки то — 19,4 кг, производство — серийное.
2. Если принять, что в операции шлифуется поверхность только одной ступени, то операция состоит из одно-
141
Таблица 20.6
№ варианта Размеры, мм Масса заготов-ки, кг
d\ ^2 di d4 L2 L3 L<
I, VI (56 ±45) (80,4 ±45) ri +1.2 ol —0,7 (36,2 ±45) (348,2) (321,2) (121,6) (81,8) 10,5
51,56 76,2 46,56 31,34 346,2 317,2 117,4 83,8
II, VII (66,2 ±45) (90,6 ,±45) (61,2 (45,6 ±45) (383,3) (346,5) (136,4) (77,2) 15,5
61,7 86,9 56,7 51,4 381,2 342,4 132,4 78,8 —,
III, VIII (45 (69,4 ±4:?) (40 ±Ai) (34,4 ±45) (247,7) (180) (99,2) (72,7) 5,7
41,5 66 36<53 31,24 24,62 177,2 97,4 74,0 —
IV, IX (76,2 (101 ±45) (71,2 ±4:?) (61,6 ±45) (363,3) (321,6) (141,4) (87,2) 19,2
71,5 95,8 66,5 56,3 361,2 317,4 137,4 88,8
V, X (39,8 ±45) (64,4 ±45) (34 ±45) (29,2 ±45) (242,6) (220,2) (80,4) (82,8) 4,2
36,4 61,2 31,4 26,3 241,2 217,2 77,4 84
Примечания: 1. В скобках указаны размеры исходной заготовки.
2. Размеры детали выполняют по 12-му квалитету (Л12).
120* «--------*
Рис. 20.7
го установи, одного технологического и четырех вспомогательных переходов (табл. 20.7).
3. На основании исходных данных по условию примера и п. 1 принимаем, что технологическое оснащение должно быть универсальным, производительным и точным.
4. Учитывая габаритные размеры заготовки, выбираем круглошлифовальный полуавтомат модели ЗМ151, предназначенный для обработки заготовок с диаметром dmax=200 мм, длиной обработки /тах=700 мм; мощность электродвигателя круга Ркр = 10 кВт; частота вращения круга пкр=1590 об/мин; скорость резания ^рез= — 50 м/с, частота вращения заготовки (регулирование бесступенчатое) пд=5О...5ОО об/мин; скорость продольного перемещения стола (регулирование бесступенчатое) vnp=0,05...5 м/мин; периодическая подача шлифовальной бабки при реверсе стола (регулирование бесступенчатое) 5/х = 0,001...0,05мм/ход.
5. Для операции необходимы:
а) приспособления — патрон подводковый (имеется у станка), хомутик для диаметра 80 мм по ГОСТ 16488— 70, два упорных центра Морзе 4 по ГОСТ 13214—79;
б) шлифовальный круг, выбираемый по литературе (17, Ч. 3]: для данной операции подходит круг из белого электрокорунда, с твердостью круга — С1 (средняя),
Таблица 20.7
№ перехода Название перехода
1 2 3 4 5 Установить заготовку и закрепить Шлифовать поверхность 1 окончательно Контроль работы Снять заготовку Уложить заготовку в тару
143
керамической связкой марки К, зернистостью № 40 (размер зерна 40 мкм) средней структурой 6;
форма и размеры шлифовального круга выбираются по паспортным данным станка: круг ПП плоский прямого профиля,
размеры круга: диаметр dKp = 600 мм, ширина круга Вкр = 80 мм, диаметр отверстия DOTB = 305 мм. Маркировка круга по всем данным: ПП 600X30X305 24А40 Cl 6К ГОСТ 2424-75;
в) средства контроля: для размера диаметра — прибор активного контроля по ГОСТ 8517—70, а для шероховатости— образцы шероховатости /?а1,25. Применение активного контроля способствует повышению производительности труда, создает условия для многостаночного обслуживания и др.
6. Установление режима резания начинаем с выбора частоты вращения заготовки в зависимости от ее диаметра, твердости обрабатываемого материала и исходя из условий бесприжогового шлифования [17, Ч. 3]: пд=123 об/мин. Скорость резания при этом равна
ид=лб/дпд/1000 = 0,001 -3,14*85,1 * 123 = = 32,9 м/мин = 0,55 м/с.
Определяем продольную минутную подачу [17, Ч. 3]: 5 мин.табл. = 4760 мм/мин. На табличное значение принимают поправочные коэффициенты в зависимости: 1) от шероховатости поверхности /($мин1 = 1,0; 2) от формы обрабатываемой поверхности /<$ми|12 = 0,95. Тогда имеем
5мин 5Мнн.табл/CSm.,,,1/Csmhh2— 4760 ♦ 1,0 • 0,95 — = 4522 мм/мин.
Поперечная подача за один ход стола 5/х.табл = = 0,005 мм/ход. Поправочный коэффициент при I группе обрабатываемого материала и 6-м квалитете равен /CSzl = 150; коэффициенты, зависящие от: припуска на обработку Ksl2= 0,6; размера и скорости шлифовального круга Ks;i — 1,3; способа шлифования и контроля размера /<5н=1,4; формы поверхности и жесткости заготовки Ks!3— 1,0; твердости круга К\ = 1,0; точности и жесткости станка Кж=1,0. Тогда поперечная подача равна
3/х = 5/х.Табл/<5/Л5^5<3^Ж5/5^1Л’ж = 0,005 • 1,0Х X 0,6* 1,3-1,4-1,0* 1,0-1,0 = 0,0055 мм/ход.
144
Определяем мощность резания: МРез.табл = 4,8 кВт. Поправочный коэффициент /Ср = 1,47, тогда Лгрез = 48Х X 1,47 = 7,1 кВт, что меньше мощности станка.
Устанавливаем бесприжоговую предельную мощность:
Муд=#рез/ВКр = 7,1 /80 = 0,089 кВт/ мм <
№ уд max — 0,125 кВт/мм.
7. Производим расчет основного (технологического) времени по формуле
f o=KLa2/7/(Smhh2S/x),
где # — коэффициент выхаживания (принимаем /( = = 1,4), £д — длина хода (при наличии торца с одной стороны и выхода шлифовального круга только в одну сторону £д = /д — 0,ЗВКр= 1200,3 • 80=96 мм), получаем:
/о=96-О,1 • 1,4/(4522-2-0,0055)=0,27 мин.
8. Число рабочих ходов, необходимых для обработки:
i = 2/7/(2SZx)=0,1 /(2 - 0,0055) = 10,
а с учетом выхаживания получаем 14 рабочих ходов.
9. Техническое нормирование операции выполняется по нормативам времени аналогично тому, как это проделано в предыдущих примерах.
Таблица 20.8
№ варианта Шлифование Ступень Размеры, мм Шероховатость /?а» МКМ
длина диаметр до шлифования диаметр после шлифования
I Окончательное 4 30 30,34/111 30/9 2,5
II » 3 210 35,14/18 35g6 1,25
III 1 75 40,13/18 40/16 1,25
IV Предварительное 1 90 70,3/111 70,14/19 1,25
V » 3 140 30,43/110 30.13Л 8 1,25
VI Окончательное 4 25 65.18Л10 65/18 2,5
VII » 3 • 190 40,12/18 4066 1,25
VIII Предварительное 1 100 75,3/111 50,1Л9 1,25
IX » 3 205 50,3/110 50,l/i8 1,25
X Окончательное 4 30 20,28/il 1 20/9 2,5
6—961
145
Задача 20.4. Ступенчатый вал (см. рис. 5.4 и табл. 5.1) изготовляется в условиях крупносерийного производства из поковки штампованной из стали 40Х (ав=800 МПа). Отдельные ступени вала, имеющие высокую точность и малую шероховатость, подвергаются круглому шлифованию однократному (4) или двукратному (/ и 3).
Требуется спроектировать круглошлифовальную операцию (варианты даны в табл. 20.8).
Выбор поводкового центра
Пример 20.4. У ступенчатого вала подвергается токарной чистовой обработке поверхность 1 (рис. 20.8).
Условия обработки следующие: материал заготовки — сталь 45, после улучшения имеет твердость НВ246, предел прочности оа =900... 1000 МПа, диаметр заготовки 91,2 мм, после обработки шероховатость /?а20.
Обработка производится на токарно-винторезном станке модели 16К20 резцом с пластиной из твердого сплава Т30К4, радиус при вершине резца г=1 мм, главный угол в планке <р=45°.
Режимы резания: / = 0,6 мм, 5 = 0,35 мм/об, п = = 630 об/мин, Vpe3= 180,5 м/мин; Л/рез = 3,15 кВт [17].
Требуется выбрать поводковый центр, который бы обеспечил правильное базирование заготовки и мог бы служить средством для передачи крутящего момента от шпинделя к заготовке, исключив необходимость в поводковом патроне и хомутике.
Решение. 1. Станок модели 16К20 имеет в шпинделе отверстие под конус Морзе 6, а в пиноле задней бабки — под конус Морзе 5.
2. Поводковые центры по ГОСТ 18257—72 бывают зубчатыми (тип А) и штырьковыми (тип Б) и устанавливаются в шпиндель станка. Вращающийся центр устанавливается в пиноль задней бабки. Обрабатываемая
Рис. 20.8
146
Рис. 20.9
заготовка устанавливается на эти центры, причем пиноль задней бабки поджимает заготовку с силой до 6 кН. За счет поджатия острые зубья поводков или острия штырьков впиваются в торец заготовки и создают зацепление поводкового центра с заготовкой. Момент AfTP, обеспечиваемый сцеплением, должен превышать момент резания Л4рез при чистовых работах не менее чем в 1,5— 2 раза.
3. Устанавливаем момент резания, пользуясь данными о режиме резания:
Мрез=97 400#Рез/п=97 400-3,15/630=48,7 Н-м.
Минимально необходимый момент от сцепления между поводковым центром и заготовкой
Мтр=1,5Мрез= 1,5-48,7 = 73 Н-м.
Поводковый зубчатый центр типа А с конусом Морзе 6 при силе поджатия пинолем 6 кН дает наибольший передаваемый крутящий момент Л4тр = 79 Н-м, пригоден для установки заготовок диаметром не менее 35 мм и имеет обозначение: центр 7162-0065 ГОСТ 18257—72 (рис. 20.9).
Поводковые штырьковые центры типа Б с конусом Морзе 6 ГОСТом не предусмотрены.
Таблица 20.9
№ варианта I II III IV V VI VII VIII IX X
do, мм 30 150 40 120 60 140 80 НО 100 70
Рг, Н 400 800 300 1100 1150 860 750 1050 1200 1000
Конус шпинделя Морзе 3 5 3 6 4 5 4 5 6 4
147
Задний центр — вращающийся с койусом Морзе 6 по ГОСТ 8742—75.
Задача 20.5. Заготовка вала диаметром do, установленная на центрах токарного станка, подвергается чистовому точению. При точении поверхности развивается сила резания Рг. Выбрать по ГОСТ 18257—72 поводковый центр (варианты задачи даны в табл. 20.9).
§ 21. ОБРАБОТКА ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ (ОТВЕРСТИИ)
Отверстия в деталях машин встречаются часто и при проектировании технологических процессов, их обработке следует уделять должное внимание. Отверстия бывают чаще всего цилиндрические: гладкие или ступенчатые, сквозные или глухие. Важно заботиться о технологичности отверстия. Отверстия в исходных заготовках могут отсутствовать, а могут быть образованы с помощью литья, ковки или штамповки. Обработка отверстий резанием может производиться лезвийными и абразивными инструментами, могут применяться также методы пластической деформации. От технологичности отверстия и от правильного выбора методов обработки зависит точность отверстий. Чем точнее отверстие, тем больше должно быть применено технологических переходов для его изготовления. Обработка отверстий может быть осуществлена на отдельных операциях (сверлильных, протяжных и др.), а может входить в состав комплексных операций, выполняемых на токарных, револьверных станках, многошпиндельных автоматах и полуавтоматах и др.
Точность и качество поверхностей отверстия, получаемые при механической обработке различными методами, приведены в литературе [21, Т.1].
Проектирование сверлильной операции с использованием набора шпиндельных инструментов
Пример 21.1. В рычаге из стали 45 (ов = 750 МПа) имеется сквозное отверстие 03&Н1 (рис. 21.1). Исходная заготовка — штампованная поковка без отверстия массой 2,5 кг. Тип производства — серийный.
Требуется спроектировать операцию по обработке отверстия.
Решение. 1. Небольшая масса заготовки не вызывает
148
трудностей при установке ее на станок и транспортировке. Материал детали — средней твердости и хорошо поддается обработке резанием. Отверстие с точностью по 7-му квалитету с малой шероховатостью (7?а 1,25) необходимо изготовить в сплошном материале. Тип производства позволяет применить универсальное и частично специальное технологическое осна
Ф35Н7
Рис. 21.1
щение.
2. Рассматриваемое отверстие в соответствии с исходными данными рационально обрабатывать набором, последовательно применяя шпиндельные инструменты, на вертикально-сверлильном станке. Инструменты выбираем по источнику [15]. В нашем случае принимаем первое сверло 0 20 мм, второе сверло 0 33 мм, зенкер 0 34,71 мм, развертку предварительную 0 34,94 мм и развертку чистовую 0 ЗЬН1. Все инструменты из быстрорежущей стали Р6АМ5.
3. Наименование операции — вертикально-сверлильная (код 4121). Операция состоит из одного установа и содержит'пять технологических переходов и три вспомогательных, приведенных в табл. 21.1.
4. Выбор технологического оснащения начинаем со станка. Выбираем вертикально-сверлильный станок, допускающий сверление отверстий с диаметром до 35 мм, модели 2Н135 (код 38.1213.2702).
В качестве приспособления применяем кондуктор с пятью быстросменными втулками (под каждый инструмент). Определение диаметров отверстий в кондукторных
Таблица 21.1
№ перехода Название перехода
1 2 3 4 5 6 7 8 Установить заготовку и закрепить Сверлить отверстие до 0 20 Рассверлить отверстие до 0 33 Зенкеровать отверстие до 0 34,71 Развернуть отверстие до 0 34,94 начерно Развернуть отверстие до 0 35/77 начисто Контроль работы Снять заготовку и уложить в тару
149
втулках описано в §15. В заданных условиях производства рационально применять скальчатый консольный кондуктор с пневматическим приводом закрепления по ГОСТ 16889—71 (код 36.61 ОО.ХХХХ).
. Вспомогательный инструмент — быстросменный патрон, позволяющий производить смену инструмента при вращении шпинделя (для закрепления разверток следует применить качающуюся или плавающую оправку. Это способствует улучшению качества отверстия).
В качестве измерительного инструмента для контроля готового отверстия применяем двустороннюю предельную пробку 0 35/77 и образцы шероховатости /?а 1,25.
5. Выбор режимов резания производят по литературе [17, Ч. I], и их значения вносят в ОК.
Рис. 21.2
150
Таблица 21.2
№ варианта Наименование детали Материал детали Род заготовки Тип производства
I Корпус Чугун СЧ18 Литье Крупносерийное
VI > Единичное
II Диск Сталь 40Х . Прокат Массовое
VII » Мелкосерийное
III Втулка Чугун СЧ15 Литье Серийное
VIII Массовое
IV Палец Сталь 35 Штамповка Крупносерийное
IX Мелкосерийное
V Валик Сталь 45 Прокат Единичное
X » Крупносерийное
6. Основное технологическое время определяют расчетом, а вспомогательные времена — по литературе [16]. Все данные заносят в ОК.
7. Технологическая документация, составляемая на операцию, состоит из ОК. Если операционный эскиз не поместится в отведенном для него месте ОК, составляют КЭ.
8. Пути совершенствования выполнения сверлильной операции ищем в сокращении доли вспомогательного времени и объема ручных повторяющихся работ.
В рассматриваемом случае кроме указанных выше мер целесообразно применить инструменты с пластинками твердого сплава (уменьшится основное время), автоматизированную установку и снятие заготовок, используя быстропереналаживаемые роботы с ЧПУ, вертикально-сверлильный станок модели 2Р135Ф2 с револьверной головкой и системой ЧПУ, при значительном увеличении объема выпуска деталей — более крупный вертикальносверлильный станок с круглым 6-позиционным столом (с 6 приспособлениями) и 5-шпиндельной сверлильной головкой, в которой установлены все режущие инструменты.
Задача 21.1. В вариантах у деталей, приведенных на рис. 21.2 и в табл. 21.2, имеются отверстия.
Требуется спроектировать операцию по обработке заданного отверстия с использованием шпиндельных инструментов.
Задача 21.2. В деталях типа дисков необходимо выполнить сверление п отверстий заданного диаметра (варианты — в табл. 21.3).
151
Таблица 21.3
№ варианта Количество отверстий п Диаметр отверстия, мм Длина отверстия, мм Диаметр окружности D\ расположения осей отверстий, мм Материал детали Тип. производства (обозначен сокращенно буквами)
I 3 25//12 40 250 Сталь 45 Крупносерийное
II 3 257/12 40 250 » Единичное
III 4 20//12 28 180 Чугун СЧ15 Мелкосерийное
IV 4 20//12 28 180 » Массовое
V 6 15/712 30 250 Чугун СЧ18 »
VI 6 157712 30 250 » Серийное
VII 8 12/712 15 300 Сталь 60 Мелкосерийное
VIII 8 12/712 15 300 Крупносерийное
IX 10 16/712 25 250 Сталь 35 »
X 10 16/712 25 250 » Единичное
Требуется: разработать сверлильную операцию, учитывая указанный тип производства; выбрать и обосновать метод обработки; установить режимы резания; выбрать станок, технологическую оснастку и сравнить по производительности результаты по смежному варианту.
Обработка точного отверстия в корпусной детали
Пример 21.2. В корпусной чугунной детали (см. рис. 5.5) отверстие 0 65/77 с шероховатостью /?а0,63 обрабатывается в такой последовательности: 1) зенке-рование черновое, 2). зенкерование получистовое (под тонкое растачивание), 3) тонкое растачивание предварительное, 4) тонкое растачивание под хонингование, 5) хонингование. Отверстие в заготовке имеет диаметр (60±0,3) мм.
Требуется: рассмотреть исходные данные; определить операционные припуски; рассчитать промежуточные размеры; составить план обработки отверстия с указанием технологических баз и средств технологического оснащения.
Решение. 1. Подробное описание детали и исходной заготовки приведено в примере 5.2. Общий припуск на механическую обработку 2/7Общ = 65 — 60 = 5 мм.
2. Выбор операционных припусков на механическую обработку производится по технологическим справочни-152
Таблица 21.4
№ техно-логи-ческо-го перехода Название перехода Результаты обработки Диаметр отвер-стия Дота» MN Припуск 2/7,, мм
квали-тет точности шероховатость Ra, МКМ
0 (Исходная заготовка) /114 100 60 5
1 Зенкеровать предварительно Z712 20 63 3
2 Зенкеровать получисто Я10 5 64,5 1,5
3 Расточить тонко предварительно 7/9 2.5 64,8 0,3
4 Расточить тонко под хонингование /78 1,25 64,9 0,1
5 Хонинговать начисто Н1 0,63 65,0 0,1
кам [15, 20, 21]. Результаты этой работы внесены в табл. 21.4.
3. Расчет промежуточных размеров на механическую обработку ведется путем последовательного вычитания от номинального размера отверстия детали операционных припусков. Эти данные также внесены в табл. 21.4.
4. Первичная обработка отверстия — двукратное зен-керование (1-й и 2-й технологические переходы) — может быть выполнена на станке токарной группы (токарном или револьверном) при вращающейся заготовке или на вертикально-сверлильном станке при неподвижной заготовке. Это потребует, конечно, применения разных приспособлений. Для токарной обработки потребуется более сложное приспособление в виде планшайбы с угольником, элементами для крепления заготовки, балансирами для уравновешивания всей вращающейся системы, кожухом безопасности и пр. Для обработки на вертикально-сверлильном станке нужен относительно несложный кондуктор.
Технологической базой рационально принять плоскость основания и отверстия, диаметрально расположенные в ней.
Технологические переходы на тонкое растачивание отверстия целесообразно выполнить при одной установке на двухшпиндельном двустороннем тонкорасточном станке, что будет способствовать повышению точности обработки, так как остается неизменной технологическая база. В качестве режущего инструмента применяются
153
расточные резцы с пластинками твердого сплава ВКЗ и ВК2.
Хонингование отверстия выполняется на хонинговальном станке. Хон (головка) с абразивными, а еще лучше алмазными брусками закрепляется с помощью качающейся оправки. Приспособление желательно тоже иметь качающееся. Все это содействует повышению точности обработки.
Задача 21.3. В чугунных деталях (варианты приведены на рис. 5.7 и в табл. 5.4) имеются отверстия.
Требуется (пользуясь приведенными исходными данными): произвести анализ исходных данных; выбрать методы обработки главного отверстия; выбрать операционные припуски на обработку; установить межоперационные размеры; составить план обработки отверстия с указанием технологических баз и средств технологического оснащения.
Конструирование сверлильного приспособления
Пример 21.3. В технологическом процессе изготовления детали в условиях мелкосерийного производства имеется вертикально-сверлильная операция сверления отверстия 0 7/712 (рис. 21.3).
Требуется сконструировать кондуктор для указанной операции.
Решение. 1. Установочными базами выбираем цилиндрическую поверхность отверстия 0 25/79, торец со стороны, где диаметр равен 75 мм, и шпоночный паз
Рис. 21.3
154
Рис. 21.4
шириной 8 мм. По операционному эскизу на рис. 21.3 видно, что отверстие должно быть перпендикулярно оси детали, расположено на расстоянии 30 мм от большего ее торца и находится в стенке ступицы напротив шпоночного паза.
Кондуктор должен быть простым и недорогим, а именно одноместным с ручным зажимом.
2. В качестве установочных элементов дуктора лучше всего использовать центровик 2 с буртом (рис. 21.4), по типу сходный с цилиндрическим пальцем, предусмотрев в нем фланец для крепления, шпоночный паз (под шпонку Ь — 8 мм) и отверстие под заклепку 5 для крепления шпонки. Центрирующий бурт, с другой стороны, позволит точно устанавливать центровик в корпусе 1 кондуктора. Диаметр центровика под установку заготовки имеет 7-й квалитет точности (поле допуска f7). Это обеспечит достаточно точное центрирование заготовки в приспособлении.
Направляющим элементом приспособления будет сменная кондукторная втулка 10 ГОСТ 18431—73 под сверло 0 7, которую крепят винтом 11. Для установки ее в кондукторной плите должны быть предусмотрены промежуточная втулка 9 и винт 12 для крепления кондукторной втулки. Отверстие в кондукторной втулке имеет диа-метр 7фо.шз [7].
В центровике 2 следует предусмотреть центральное отверстие с резьбой под шпильку 8, которая с гайкой 7
155
образует винтовой зажим. Зажимная сила от гайки будет передаваться заготовке через шайбу 6. Шайба должна быть быстросменной (с прорезью), что позволит вынимать заготовку без полного свинчивания гайки со шпильки. Для предотвращения вывинчивания шпильки из цен-тровика предусмотрена заклепка (штифт) 5, удерживающая шпонку 4. Такая конструкция зажима сокращает вспомогательное время на установку заготовки в приспособлении и, следовательно, позволяет повысить производительность труда. Заметим, что для этого нужно, чтобы наружный диаметр гайки 7 был меньше диаметра отверстия в заготовке. Этому условию удовлетворяет гайка М12 с буртом, у которой наружный диаметр d2 = 24 мм. Соответственно получаются размеры шпильки 8 и быстросменной шайбы с прорезью.
Корпус 1 приспособления целесообразно изготовлять сварным с последующей термообработкой для снятия внутренних напряжений от сварки. Он составляет единое целое с кондукторной плитой, максимально приближен к детали для сокращения расстояния от втулки до просверливаемого отверстия (см. размер 394-0,5). Для большей прочности и жесткости в корпусе предусмотрены ребра жесткости. Для закрепления приспособления на столе станка имеются две проушины шириной 18 мм под болт Ml6. Под бурт центровика 0 25Л6 в станке корпуса изготовлено отверстие 0 257/7, а для крепления его — четыре отверстия с резьбой М8 под винты 12 и одно отверстие под штифт <?, который гарантирует положение центровика в корпусе.
На общем виде приспособления (рис. 21.4) указаны габаритные размеры приспособления, диаметр посадочного места под заготовку (0 25/7), диаметр отверстия кондукторной втулки (0 7фо:§1з), основные размеры (39+ 5 и 30 ± 1,0) и размеры соединений деталей в наиболее ответственных местах приспособления (например, 0 25//7/Й6). На чертеже общего вида кроме указаний о сроках проверки даются технические требования, предъявляемые к приспособлению:
а) неперпендикулярность оси кондукторной втулки относительно плоскости А не более 0,05 мм;
б) непараллельность оси центровика относительно той же плоскости не более 0,05 мм на длине 100 мм;
в) смещение оси кондукторной втулки относительно оси шпонки и оси центровика не более 0,05 мм.
4. Если производство серийное, для сокращения не-
156
Таблица 21.5
№ варианта I---V VI--X
Тип приспособления Специальное с пневмоприводом С использованием скаль-чатого кондуктора
обходимого количества приспособлений целесообразно применять групповые или многоместные приспособления.
Задача 21.4. Сконструировать для условий серийного производства кондуктор для сверлильной операции на указанной детали (см. варианты в табл. 2.2). Обосновать выбор всех элементов приспособления (варианты — в табл. 21.5).
$ 22. ОБРАБОТКА РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Детали машин с разнообразными резьбовыми поверхностями встречаются весьма часто. Выбор способа образования резьбы помимо показателей самой резьбы диктуется качеством материала детали, ее конфигурацией и размерами, годовым объемом выпуска и др.
Наиболее распространена в машиностроении метрическая резьба. Метрические резьбы выполняются с отклонениями, обозначаемыми для болтов буквами h, g, е, d\ для гаек — Я, G. По точности различают три класса резьбы: точные (Т), средние (С) и грубые (Г) и соответственно им устанавливают поля допусков. Для класса Т устанавливают поля допусков 4ft и 4Я5Я, 5Я, для класса С — 6ft, 6g, бе, 6d и 5Я6Я, 6Я, 6G; для класса Г — 8ft, 8g и 7Я, 7G.
Для выбора метода образования резьбы по главным показателям (точности и шероховатости поверхности) и по производительности можно пользоваться литературой [20]. При этом следует стремиться к использованию новых прогрессивных производительных способов, выполняемых на специализированном оборудовании с соответствующей оснасткой, например резьбофрезерования, накатывания резьбы, точения резьбонарезными головками.
Подготовка поверхностей деталей по размерам и точности под образование резьбы регламентируется ГОСТ 19257—73, 19258—73.
157
Подготовка поверхности под образование наружных резьб
Пример 22.1. На валике (рис. 22.1) изготовляется наружная резьба М30-б£.
Требуется определить диаметр поверхности под резьбу, допускаемые отклонения размера и шероховатость.
Решение. Диаметр стержня под нарезание резьбы резцом, плашкой, фрезой, резьбонарезной головкой или другим способом устанавливается по ГОСТ 19258—73. Для резьбы МЗО с шагом Р=3,5 мм и полем допуска 6g номинальный диаметр поверхности под резьбу равен 29,79-0,27 мм. Такое отклонение для гладкой поверхности соответствует промежуточному между 12-м и 13-м квали-тетами точности: примем для лучших условий работы резьбообразующих инструментов точность по 12-му ква-литету. Поверхность может быть получена однократным или двукратным точением. Шероховатость поверхности после такой обработки получается /?а = 5...2О мкм.
Диаметр стержня под накатку определяется по ГОСТ 19256—73 и равен 27,68-олз мм. Это соответствует 11-му квалитету точности с полем допуска ЛИ. Такую поверхность можно получить после двукратного точения. Шероховатость поверхности будет /?а = 5... 10 мкм. Вместо вторичного точения можно применить наружное шлифование. При этом точность размера диаметра повысится до 9-го квалитета и шероховатость уменьшится до /?а = = 2,5...1,25 мкм.
Задача 22.1. На поверхности ступенчатого вала из стали 45 длиной £Общ и средним диаметром вала dcp (рис. 22.2) имеется резьбовая поверхность с метрической резьбой.
Требуется определить диаметр поверхности с
Рис. 22.1
158
Таблица 22L
№ варианта Длина вала ЬОбнь ММ Средний диаметр вала dcpt мм Резьба Тип производства
I 200 30 M25-6g Крупносерийное
II 200 30 M25-6g Мелкосерийное
III 300 40 A145-8g Массовое
IV 300 40 A145-8g Единичное
V 120 18 М20-6е Среднесерийное
VI 120 18 М20-6е Массовое
VII 400 60 M45-6g Крупносерийное
VIII 400 60 M45-6g Мелкосерийное
IX 500 70 МбО-бе Массовое
X 500 70 МбО-бе Мелкосерийное
допуском под эту резьбу и выбрать метод ее изготовления. Варианты задачи указаны в табл. 22.1.
Выбор способа изготовления наружной резьбовой поверхности и его оценка
Пример 22.2. На чертеже валика (см. рис. 22.1) из стали 45 (твердость НВ 172...207) имеется наружная резьбовая поверхность. Ее изготовляют в условиях крупносерийного производства.
Требуется выбрать способ ее изготовления и дать его краткую технико-экономическую оценку.
Решение. 1. Обрабатываемая деталь достаточно жесткая (L ~ 8,5dcp< 10dcp) • Материал детали хорошо обрабатывается резанием. Твердость материала позволяет изготовить резьбу резанием и накатыванием. Габариты детали и ее масса позволяют отнести деталь к группе мелких. Наличие центровых отверстий позволяет использовать их в качестве технологической базы.
Изготовляемая резьба имеет номинальный наружный диаметр £/ = 30 мм, средний диаметр d2 = 27,727 мм, внутренний диаметр d\ =26,211 мм, шаг не указан на чертеже, т. е. резьба имеет крупный шаг Р = 3,5 мм. Степень точности резьбы 6g, следовательно, это резьба среднего класса точности. Длина свинчиваемости не указана, следовательно, по длине свинчиваемости — резьба нормальная, т. е. находится в пределах от 15. до 45 мм. Предельные отклонения диаметров наружной резьбы поля допуска 6g: наружный диаметр d = 303°,478, средний диаметр £/2 = 27,72730.265 и внутренний диаметр d[ = — 26,211 -о,о5з.
159
2. Как указывалось, в металлообработке существует много различных методов изготовления резьбы как со снятием стружки, так и с помощью пластической деформации. Каждый из методов имеет свои особенности и эффективен применительно к конкретным обстоятельствам. Для установления наиболее выгодного варианта в заданных условиях можно действовать методом исключения.
К числу малопригодных способов изготовления наружных резьб относятся: нарезание резцами и резьбовыми гребенками из-за низкой производительности труда; нарезание круглой плашкой ограничено в применении из-за недостаточной точности расположения получаемой резьбы; шлифование резьбы абразивным кругом — из-за недостаточной производительности и дороговизны.
Для нашего случая можно использовать следующие методы: нарезание резьбы самооткрывающейся резьбонарезной головкой или многодисковой резьбовой фрезой со шлифованной рабочей частью, накатывание плоскими плашками или круглыми роликами. Показатель относительной производительности для этих четырех вариантов соответственно равен 1, 0,25, 3, 10. Так как имеется условие, касающееся оговоренной допусками точности расположения резьбы относительно других поверхностей вала, то операцию по изготовлению резьбы следует выполнять с базированием на центровых отверстиях.
Принимаем наиболее приемлемый метод обработки — фрезерование резьбы.
Задача 22.2. На наружной поверхности ступенчатого вала (см. рис. 22.2) имеется резьбовая поверхность.
Т ребуется для вариантов, приведенных в табл. 22.1, обосновать выбор способа изготовления резьбы и разработать эту операцию, отразив в решении наименование операции, ее структуру, выбор технологической базы и технологической оснастки, назначение режима резания и техническое нормирование.
Подготовка отверстия под образование внутренней резьбы
Пример 22.3. В заготовке (рис. 22.3) из серого чугуна марки СЧ15 должна быть изготовлена внутренняя резьба МЗО-6//.
Требуется установить диаметр отверстия под резьбу.
160
Решение. Отверстие под внутреннюю метрическую резьбу устанавливается по ГОСТ 19257—73. Диаметр к отверстия 26,3+052 мм. Допускаемые отклонения этого размера полностью v соответствуют точности по 14-му ква-литету, т. е. 26,3/714. Диаметр сверла равен 26,5 мм. Если принять, что сверление дает отверстия примерно по 12-му квалитету точности, то после сверления получим диаметр отверстия 26,57/12. Размеры отверстия колеблют
ся в пределах 26,82...26,3 мм и в этот интервал хорошо вписываются размеры отверстия после сверления: 26,71...26,5 мм.
Задача 22.3. В детали типа гайки или втулки из материала (указанного в вариантах в табл. 22.2) имеется внутренняя резьба.
Требуется установить диаметр отверстия под резьбу и способ изготовления этого отверстия.
Таблица 22.2
№ варианта Материал детали Резьба Тип производства № варианта Материал детали Резьба Тип производства
I Сталь 45 М100-7Я Единичное VI Чугун СЧ20 Ml 00-7# Массовое
II » M72-6# Мел ко-серийное VII » M72-6# Крупносерийное
III » M12-6G Серийное VIII » M12-6G Единичное
IV М39- 4/75# Крупносерийное IX М39-4/75// Мелкосерийное
V » М20-6Я Массовое X M20-6# Серийное
Выбор способа изготовления внутренней резьбы
Пример 22.4. Необходимо изготовить внутреннюю резьбу в детали (см. рис. 22.3). Исходные данные такие же, как в примере 22.3. Тип производства — мелкосерийный.
161
Требуется рассмотреть возможные способы изготовления резьбы и выбрать оптимальный.
Решение. 1. Наружный диаметр внутренней резьбы £> = 30 мм; средний диаметр внутренней резьбы £>2 = = 27,727+0,28 мм; внутренний диаметр внутренней резьбы Di= 26,211+0>56 мм.
2. К числу малопригодных способов в условиях мелкосерийного производства для резьбы относятся нарезание многодисковой фрезой, поскольку нет стандартной фрезы с шагом Р = 3,5 мм (см. ГОСТ 1336—77), нарезание самооткрывающейся резьбонарезной головкой (нет головок диаметром до 30 мм), накатка резьбы метчиком-раскатником (нет стандартного инструмента).
Из возможных способов отметим нарезание резьбы резцами — это универсальный способ, выполняемый на токарных полуавтоматах, производительность которого можно повысить за счет применения резьбовых резцов с пластинками из твердого сплава; вращающимися резцами с использованием так называемой «вихревой» головки», устанавливаемой на суппорте токарно-винторезного станка, машинными метчиками на станках токарной или сверлильной группы.
Наиболее простым и экономичным следует признать способ нарезания резьбы машинным метчиком.
По данным задачи 22.3 требуется обосновать выбор способа изготовления резьбы и разработать эту операцию, отразив в решении наименование операции, ее структуру, выбор технологической базы и технологического оснащения, назначить режимы резания и провести техническое нормирование.
§ 23. ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ НА ТОКАРНЫХ РЕВОЛЬВЕРНЫХ, КАРУСЕЛЬНЫХ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СТАНКАХ
Одним из основных способов повышения производительности труда при механической обработке заготовок является применение станков и систем станков с частичным или полным автоматическим управлением технологическими и вспомогательными переходами. Использование таких станков дает большой технико-экономический эффект. На станках указанных типов чаще всего выполняется комплексная обработка (последовательно и параллельно) разных поверхностей заготовки. Выбор станка для обработки конкретной заготовки зависит от целого ряда факторов производственных усло
162
вий — содержания операции, объема выпуска деталей и др.
Токарно-револьверная обработка применяется в серийном производстве для изготовления деталей сложной конфигурации, когда требуется последовательное, а иногда и параллельное использование большого количества разных инструментов. Для получения деталей может применяться прутковый материал или штучные заготовки. Современные револьверные станки и полуавтоматы имеют значительный уровень механизации и автоматизации.
Аналогичны им по возможностям токарно-карусельные станки, применяемые в среднем и тяжелом машиностроении, — удобное положение планшайбы облегчает установку и закрепление массовых заготовок и облегчает наблюдение за работой.
Значительный технико-экономический эффект достигается при использовании токарных многорезцово-копировальных одношпиндельных полуавтоматов, широко используемых для обработки главным образом наружных поверхностей заготовок типа валов, гильз, дисков и др.
При значительном объеме выпуска деталей целесообразным оказывается использовать станки с полным автоматическим циклом работы — одно- и многошпиндельные автоматы. При большом объеме выпуска деталей из штучных заготовок используются горизонтальные много-шпиндельные полуавтоматы и вертикальные карусельные полуавтоматы для средних и крупных заготовок [3, 11, 25, 28].
В условиях серийного производства даже для небольших партий целесообразна обработка заготовок на участках, оборудованных станками с числовым программным управлением (ЧПУ), на которых может и должно быть организовано многостаночное обслуживание. Станки с ЧПУ, у которых перемещение рабочих органов станка осуществляется по программе, обладают широкими технологическими возможностями, ведут обработку с высокой точностью и дают большой эффект. Еще одним резервом повышения производительности является применение промышленных автоматических роботов (манипуляторов), тоже управляемых системой ЧПУ. Применение станков и роботов с системой ЧПУ позволяет осуществить автоматизацию производства и перейти на гибкую технологию механической обработки, позволяющую быстро и эффективно перестраиваться на изготовление новой продукции.
Разработка плана токарно-револьверной операции
Пример 23.1. Деталь — втулку специальную (рис. 23.1) решено обрабатывать из круглого калиброванного проката диаметром d = 45 мм из автоматной стали марки А35 по ГОСТ 1414—74 (ов = 520 МПа).
Требуется разработать план револьверной операции и выполнить схему наладки.
Решение. 1. Проведем анализ детали по каждой из ее обрабатываемых поверхностей, чтобы установить предстоящий объем механической обработки в этой операции. Торец должен быть подрезан однократно, поверхность' 0 42Й11 может быть обработана однократно, отверстие 0 17/710 обрабатывается двукратно: сначала сверление до 0 16,57/12, а затем зенкерование; цилиндрическая поверхность 0 32Л11 обтачивается однократно; должна быть прорезана канавка и выполнена отрезка. Учитывается также возможность совмещения переходов: обтачивания и сверления; обтачивания и снятия фаски у отверстия.
2. В операции используется в качестве исходной заготовки круглый прокат 0 45 мм. Следовательно, отверстие в шпинделе должно быть по диаметру больше 45 мм. С продольной подачей в наладке работает 6 инструмен
тов, а если учесть возможность совмещения переходов, то позиций в головке будет занято меньше. Характер нагрузки будет средний, например сверлится отверстие 0 16,5 одновременно с точением поверхности 0 42/ill.
Выбираем хорошо зарекомендовавший себя токарно-револьверный станок модели 1М365 (код
38.1131.2507, стоимость по прейскуранту 1982 г. 5570 руб.). Он допускает обработку прутков с диаметром J^65 мм, имеет 6-гранную револьверную головку и боковой суппорт.
3. На основании произведенного анализа принимаем следующий план операции по переходам:
164
Рис. 23,2
1) подать пруток до упора и закрепить;
2) подрезать торец, выдерживая размер 60 мм до цанги;
3) зацентровать под сверление;
4) точить поверхность до 0 42Л11 и сверлить отверстие 0 16,5 одновременно;
5) зенкеровать отверстие до 0 17//10 начисто;
6) точить поверхность до 0 32Л11 и зенкеровать фаску одновременно;
7) точить канавку;
8) отрезать заготовку;
165
Таблица 23.1
Ке варианта I И III IV V VI VII VIII IX X
№ перехода по п. 3 примера 23.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Заполнить основную надпись и верхнюю часть ОК механической обработки
9) контроль работы;
10) уложить заготовку в тару.
4. Разработанная схема наладки представлена на рис. 23.2.
Упражнение 23.1. В порядке дальнейшей разработки револьверной операции, рассматриваемой в примере 23.1, разработать подробно указанный вариант перехода (табл. 23.1).
Использование групповых методов на токарно-револьверных станках
Пример 23.2. В механическом цехе используются групповые методы обработки. Токарно-револьверный станок модели 1Г340 имеет наладку (рис. 23.3) для обработки группы деталей типа втулок.
Требуется использовать имеющуюся наладку для обработки детали, изображенной на рис. 23.4.
Рис. 23.3
166
Рис. 23.4
Решение. 1. Анализируем конструкцию заданной детали по всем обрабатываемым поверхностям, чтобы установить объем механической обработки. Левая сторона представляет собой шестигранный буртик с необрабатываемой наружной поверхностью. Цилиндрическая наружная поверхность выполняется с точностью по 10-му квалитету и с шероховатостью /?а5, а поэтому нуждается в двукратной обработке точением. Обтачивание целесообразно выполнять* упорным подрезным резцом, так как это дает возможность образовать правый торец буртика.
Таблица 23.2
№ позиции по рис. 23.2 № перехода Наименование перехода
1 1 Подать пруток до упора и закрепить
3 2 Подрезать торец окончательно до размера 57 мм от торца цанги
4 3 Зацентровать под сверление на глубину 6 мм
5 4 Сверлить отверстие 0 16,25 на длину 29,9 мм
6 5 Сверлить отверстие 0 127/12 на длину 25 мм
7 6 Зенкеровать отверстие 0 18//10
8 7 Обточить поверхность до диаметра 32 мм на длину 39,9 мм предварительно
9 8 Обточить поверхность до диаметра 29,84 мм на длину 40 мм (под резьбу)
10 9 Проточить канавку шириной 3 мм до диаметра 24 мм
13 10 Нарезать резьбу МЗО
13 И Надрезать деталь с образованием фаски 2X30°
13 12 Отрезать деталь, соблюдая размер 50 мм
— 13 Контроль работы
14 Уложить заготовку в тару
167
Рис. 23.5
Ступенчатое отверстие с диаметрами 0 18/710 и 0 12Н12 может быть выполнено в такой последовательности: зацентровка под сверление, сверление большего отверстия сверлом 0 16,25, сверление сверлом 0 12, зенкерование до диаметра 0 18/710. На левом торце детали должна быть выполнена фаска под углом 30° и произведена отрезка.
2. Для использования групповой револьверной наладки выделяем те позиции наладки, которые используются нами, и формулируем названия переходов (табл. 23.2).
Задача 23.1. Для обработки деталей типа втулок введен групповой метод с использованием револьверных станков с групповыми наладками. Используя групповую наладку (см. рис. 23.2), составить план обработки детали, варианты которой показаны на рис. 23.5.
Упражнение 23.2. В порядке дальнейшей разработки
Таблица 23.3
№ варианта 1 II III IV V VI VII VIII IX X
№ перехода по табл. 23.2 1 и 2 3 и 4 5 6 7 8 9 10 11 12
168
револьверной операции, рассматриваемой в примере 23.2, разработать указанный в табл. 23.3 вариант перехода и вписать его в операционную карту механической обработки.
Проектирование карусельной операции
Пример 23.3. Изготовляемая деталь — колесо массой лп = 248 кг с диском между ступицей и ободом, причем ступица выступает относительно обода в одну сторону на 15 мм (рис. 23.6).
Согласно конструкторской классификации деталей [9] она относится к классу 40 и имеет код 40 3145.
Планом технологического процесса предусматривается, что механическая обработка заготовки в условиях серийного производства должна быть осуществлена на револьверном или карусельном станках.
Требуется: разработать револьверную или карусельную операцию, отразив в решении анализ исходных данных; целесообразность револьверной (карусельной) обработки; содержание рассматриваемой операции; объяснение выбора станка; выбор технологической оснастки; составление схемы наладки на рассматриваемую операцию.
Решение. 1. Обрабатываемая деталь относится к крупным тяжелым деталям. Согласно операционному эскизу у нее механической обработке подлежат наружная цилиндрическая поверхность, торцы обода и ступицы и поверхность ступенчатого отверстия. Почти все поверхности нуждаются только в однократной токарной обработке и только при обработке поверхности отверстия
Рис. 23.6
169
0 100//9 последовательно должны применяться несколько инструментов.
2. Целесообразность выполнения заданной обработки на карусельном станке подтверждается следующими доводами:
все поверхности заготовки, подлежащие механической обработке, являются поверхностями вращения и, следовательно, их обработка должна выполняться на станках токарной группы, в которую входят карусельные и револьверные станки;
обработка указанных на эскизе поверхностей требует большого числа инструментов, причем обработка отверстия может быть выполнена последовательно рядом инструментов. Эти условия наиболее легко осуществить на карусельных и револьверных станках;
в серийном производстве применение станков этих типов дает высокий технико-экономический эффект;
наибольший размер обрабатываемой заготовки превышает 650 мм, а наибольший диаметр изделия, обрабатываемого над станиной на самом крупном отечественном револьверном станке модели 1Е371, равен лишь 630 мм. Следовательно, применение револьверного станка исключено. Установка крупной заготовки на карусельном станке осуществляется значительно легче и будет точнее.
Учитывая изложенное, выбираем для рассматриваемой операции карусельный станок.
3. Содержание операции устанавливается в результате технологического анализа исходных данных, в частности чертежа детали, чертежа заготовки и размера годового объема выпуска. В данном случае содержание операции можно установить по рис. 23.6. Из него видно, что все обрабатываемые поверхности, кроме поверхности отверстия 0 100779, имеют точность не выше 12-го квалитета и шероховатость поверхности не лучше /?а20, а поэтому обработка этих поверхностей должна быть однократной. Центральное отверстие, имеющееся в заготовке и полученное в процессе литья (об этом можно судить по конфигурации детали), должно быть обработано в такой последовательности: а) черновое растачивание или черновое зенкерование по диаметру 98 мм с точностью по 12-му квалитету; б) получистовое растачивание или получистовое зенкерование до диаметра 99,58 мм с точностью по 10-му квалитету; в) однократное чистовое развертывание до заданного размера 0 100/79 [21, Т.1].
170
Таблица 23.4
№ перехода
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Наименование перехода
Установить заготовку и закрепить
Подрезать торец ступицы, выдерживая размер 215Л14
Подрезать торец обода, выдерживая размер 15+0,5
Расточить начерно отверстие 0 98Я12 и фаску 3X45°
Обточить поверхность 0 650Л12
Расточить отверстие 0 110Я12
Расточить одновременно фаску у отверстия 0 110Я12 и обточить галтель /?5 обода
Зенкеровать отверстие 0 99,58# 10 под развертывание
Развернуть отверстие 0 1007/9 окончательно
Контроль работы
Снять заготовку
Для первого перехода процесса обработки отверстия выбираем метод растачивания, так как припуск может оказаться увеличенным из-за литейных дефектов, возможно также смещение отверстия относительно установочных баз и другие погрешности, которые могут затруднить работу чернового зенкера.
При разработке операции необходимо обратить внимание на возможность совмещения переходов во времени. Например, имеется возможность одновременно выполнять растачивание отверстия и обтачивание наружной поверхности 0 65ОЙ12, обтачивание галтели Я8 и обтачивание одной из фасок и др. Совмещаемые переходы находят отражение в тексте операционной карты и в схеме наладки. Совмещение переходов, а если возможно, и совмещение работы суппортов позволяют сократить время обработки, что положительно скажется на повышении производительности труда.
Рассматриваемая операция (код 4113) состоит из одного установа. Ее содержание приведено в табл. 23.4.
4. Выбор карусельного станка производится по данным, приведенным в справочниках или каталогах станков. Останавливаем свой выбор на карусельном одностоечном станке модели 1508 (код 38.1151.ХХХХ) с планшайбой диаметром 710 мм, допускающим установку детали массой до 1,3 т и диаметром до 710 мм. Этот станок имеет дистанционное управление рабочими движениями и установочными перемещениями с подвесного кнопочного пульта.
5. Для закрепления заготовки с внутренней стороны
171
Рис. 23.7
целесообразно применить самоцентрирующий патрон со специальными кулачками для закрепления заготовки «в разжим» («в распор»). Для крепления режущих
инструментов используется ряд вспомогательных инструментов: резцедержавки, оправки для резцов и зенкербв, плавающая оправка для развертки. Часть этой оснастки нормализована и их данные приведены в справочниках.
6. На основании разработанного плана операции составляется схема наладки карусельного станка (рис. 23.7).
Таблица 23.5
№ варианта по рис. 23.8 Заготовка Материал
I. VI Поковка штампованная Сталь 45
II, VII
III, VIII Литье Чугуи СЧ18
IV, IX
V, X »
172
Рис. 23.8
Дальнейшая работа по проектированию операции состоит в установлении расчетных размеров для каждого перехода, назначении режимов резания и техническом нормировании, которые выполняются аналогично приведенным ранее примерам.
Задача 23.2. Дискообразная деталь (варианты приведены в табл. 23.5 и на рис. 23.8) изготовляется на токарно-карусельном станке. Припуски на сторону составляют 4...6 мм. Тип производства — серийный.
Требуется на основе анализа исходных данных разработать токарно-карусельную операцию (в объеме примера 23.3), включая составление плана операции и схемы наладки.
Проектирование операции по обработке ступенчатого вала из штампованной поковки на многорезцовом токарном полуавтомате
Пример 23.4. Ступенчатый вал (см. рис. 5.2) подвергается черновой токарной обработке в условиях крупносерийного производства. Исходная заготовка — штампованная поковка из стали 45 I класса точности (см. рис. 5.9), прошедшая термообработку (до HRC 30...35), правку, очистку от окалины и фрезерно-центровальную операцию (см. рис. 20.4), в результате которой у заготовки были обработаны крайние торцы и в них
173
образованы центровые отверстия. Тем самым создана качественная технологическая база для последующей обработки заготовки.
Размеры заготовок до и после рассматриваемой операции приведены соответственно на рис. 20.4, 23.9, 23.10.
Требуется спроектировать операцию на станке-полуавтомате.
Решение. 1. В проектируемой операции обрабатываются 9 поверхностей — 5 наружных цилиндрических поверхностей и 4 торца уступов. Точность размеров всех поверхностей невысокая (12-й квалитет), шероховатость поверхностей равна 7?а=20 мкм.
Для получения поверхностей с такими параметрами на штампованной поковке достаточно однократного чернового точения. Припуски на механическую обработку по всем поверхностям относительно небольшие и примерно одинаковые.
Все линейные размеры заданы от одного торца, который является базовым. Поэтому его нужно обработать в самом начале операции, чтобы в дальнейшем выдерживать от него все линейные размеры.
В связи с предстоящей многорезцовой обработкой, сопровождающейся большими силами резания, следует проверить жесткость вала. Критерием жесткости валов является отношение длины вала Lo6ui к его среднему диаметру dCp. Если L06M/dcp^ Ю...12, то жесткость вала можно считать достаточной. Здесь dcp=(di/i + dzl2-{-... + dnln)/Lo6ai, где d,; соответственно диаметр и длина каждой ступени вала. В нашем случае dcp==(81,7-38,8+ + 91,2.122,4 + 86,8-120 + 81,7-120 + 61,65-78,8)/480= = 82,11 мм, а отношение LO6m/dCp=480/82,l 1 =5,85 свидетельствует о достаточной жесткости вала и возможности многорезцовой обработки.
2. Крайняя ступень заготовки (см. рис. 20.3) устанавливается в поводковый патрон. Следовательно, выполнять всю обработку за одну операцию на станке, работающем по наладке, нельзя. Поэтому операций должно быть две.
Каждая из многорезцовых операций состоит из одного установа, двух технологических переходов, выполняемых одновременно двумя работающими суппортами (суппорт с продольным ходом точит цилиндрические поверхности вращения, а суппорт с поперечным ходом точит торцы, канавки и другие поверхности), и нескольких
174
вспомогательных переходов по установке и закреплению заготовки, снятию ее, контролю и укладке в тару.
Ниже подробно излагается последовательность проектирования первой из этих двух операций (рис. 23.9), а работа по проектированию другой операции (рис. 23.10) будет изложена кратко.
3. Обрабатываемая заготовка относится к классу валов, и технологическими базами в токарных операциях являются центровые отверстия, выполненные на фрезерно-центровальной операции.
Кроме этих двух поверхностей в технологическую базу должна входить поверхность, позволяющая правильно ориентировать заготовку в осевом направлении на настроенном многорезцовом полуавтомате. Такой поверхностью следует принять крайнюю ступень заготовки диаметром 66,8 мм. С этой целью используется утопающий передний центр, который может входить в конструк
175
цию поводкового патрона. Схема базирования заготовки приведена на рис. 23.9.
4. Резцы располагаем по методу «деления длины обработки». При этом каждый из них будет нагружен примерно одинаково, длина рабочего хода будет минимальной, а производительность процесса — максимальной.
Длины ступеней 1 и 2 (см. рис. 23.9) соответственно составляют около 120 и 40 мм и поэтому ступень 2 будет обрабатывать один резец, а ступень / — одновременно три резца. Длину рабочего хода продольного суппорта с учетом врезания, перебега и косого врезания можно принять равной 50 мм.
В поперечном суппорте устанавливают всего один резец для подрезки торца 3.
5. Для многорезцовой обработки ранее использовались многорезцовые полуавтоматы моделей 1А720, 1А730 и др. В настоящее время на смену им пришли многорезцово-копировальные полуавтоматы, которые соединили технологические возможности многорезцовых и копировальных полуавтоматов, моделей 1708, 1718, 1Н713, 1719 и др. [И, 23].
Останавливаем свой выбор на распространенном и хорошо зарекомендовавшем себя полуавтомате модели 1Н713. На базе этого станка выпускаются и другие модели, например токарный многорезцово-копировальный полуавтомат с цикловым программным управлением 1713Ц и станок ЧПУ модели 1713ТФЗ. Пригодность выбранного станка для обработки заданной детали подтверждается сравнением технической характеристики станка с размерами заготовки.
6. В качестве поводкового средства применяем поводковый двухкулачковый патрон с автоматически зажимающимся утопающим центром [4, 18]. Такой патрон обеспечивает базирование заготовки по двум поверхностям: центровому отверстию и торцу заготовки. Для центрирования по правому центровому отверстию используется вращающийся центр, находящийся в задней бабке станка.
В качестве вспомогательных инструментов используются два резцедержателя: специальный блочный резцедержатель для установки комплекта резцов на площадку продольного суппорта и резцедержатель для установки подрезного резца на поперечный суппорт. Для сокращения времени на наладку или переналадку станка резцы в резцедержатель следует устанавливать вне станка, по
176
шаблонам. Это способствует повышению производительности труда и лучшему использованию станка по времени.
Для точения поверхности / (см. рис. 23.9) используются три токарных проходных резца 2102-0029 с пластинками из твердого сплава Т5К.10, для точения поверхности 2 — упорный отогнутый резец 2103-0023 и для подрезки торца 5 — токарный подрезной отогнутый резец 2112-0015.
Для контроля диаметральных размеров должны использоваться две скобы с размерами 81.7Л12 и 91.2Л12, для контроля линейных размеров — специальные шаблоны Z/=441,2Л 10 и L"=316±l, а для шероховатости обработанных поверхностей применяют образцы шероховатости /?а20.
7. Наименование операции — автоматная токарная (код 4112). Содержание операции по переходам режимы резания и результаты технического нормирования приведены в табл. 23.6.
8. Припуски на черновую обработку определяют сравнением размеров исходной заготовки с размерами соответствующих поверхностей после выполнения обработки. По значениям припусков назначают глубину резания t (табл. 23.6).
Для трех резцов, обрабатывающих поверхность 1, расчетная длина рабочего хода равна
7-р.х/ = L()//3 + /| + /1 + 1заз,
где Lot — длина поверхности / заготовки; Ц и /[ — врезание и перебег по нормативам [17]; /заз — зазор безопасности между резцом и заготовкой перед началом рабочего хода, т. е.
Lp.3i= 126,8/34-9 + 2,7 = 54 мм.
Для резца, обрабатывающего поверхность 2, расчетная длина рабочего хода определяется аналогично:
Z-p.x2=38,8 + 2,5 + 2,7 = 44 мм.
Для продольного суппорта принимаем £р.х.пр.суп=54 мм. Длина хода поперечного суппорта определяется по длине хода резца, подрезающего торец 3:
Lp.x3=O,5(do — <+) + 1з -1- 1'з + 1ззз,
где do — диаметр торца исходной заготовки; t/г — диаметр поверхности 2 после обработки, /з и Гз — соответ-
7-961
177
00
№ перехода Наименование перехода Расчет размера
диаметр, мм длина, мм
1 2 3 4 5 6 Установить заготовку и закрепить Точить поверхности 1 и 2 предварительно одновременно Подрезать торец уступа 3 предварительно Снять заготовку Контроль работы Уложить заготовку в тару 96,2 96,2 54 14
Итого . . .
Таблица 23.6
Режим обработки to, МИН t*. мин
/, мм i S, мм/мин П, об/мин i, м/мин
1,7
2,55 1 100 125 37,8 (0,54)
2,4 1 25 125 37,8 0,56 0,26
0,56 1,96
Ственно длина врезания и перебега для подрезного резца по нормативам [17]. Отсюда
LpxJ=0,5(96,2 —81,7)4-4 + 2,75 = 14 мм.
Для резцов, установленных в продольном суппорте, продольная подача по нормативам режимов резания [17] равна Snp=0,6...0,9 мм/об. Принимаем Snp=0,8 мм/об. Эта подача допускается прочностью державки резца и прочностью пластинки из твердого сплава.
Для резца на поперечном суппорте подача устанавливается из условия одинаковой длительности работы С ПрОДОЛЬНЫМ СуППОрТОМ, Т. е. Тр.х.пр.суп/‘5пр=-=Тр.х.поп'.суп/‘5поп» откуда
•^ПОП- ^'p.X.non.Cyn'Snp/Z-р.Х.пр.суп.
В нашем случае 5Поп = 14-0,8/54=0,21 мм/об.
Период стойкости инструментов в многоинструментных наладках должен быть большим, чем при работе без наладки. Это делает работу налаживаемых станков, в частности многорезцовых, более экономичной и эффективной.
Определение периода стойкости Тм ведется по справочнику [17]. Рассматриваемую наладку относим ко 2-й группе и, так как все резцы работают примерно одинаковое время, то принимаем период стойкости Тм— = 150 мин.
Скорость резания также определяется по справочнику [17], а затем рассчитывается частота вращения шпинделя и корректируется для данной модели по паспорту станка.
Принятые режимы резания заносят в соответствующие графы табл. 23.6.
9. Техническое нормирование выполняют по справочнику [16] и данные заносят в табл. 23.6. Кроме указанных в табл. 23.6 другие показатели имеют следующие значения:
fonep = 0,56+ 1,96 = 2,52 мин;
/обс=0,65-2,52 = 0,16 мин;
/отд=0,04-2,52 = 0,1 мин;
/шт=2,78 мин;
/п.з — 19 + 4 + 10 = 33 мин;
/ш.к = 2,78 + 33/160 = 2,99 мин;
Нв=(480 —33)/2,78=161 шт.
179
Рис. 23.11
10. После расчетов в соответствии с ГОСТами ЕСТД оформляют операционную карту и выполняют операционный эскиз на карте эскизов (он соответствует рис. 23.9).
11. Краткие сведения о второй черновой многорезцовой операции. Во второй многорезцовой операции обрабатываются цилиндрические поверхности 1, 2, 3 и торцовые поверхности 4, 5, 6 (см. рис. 23.10). Операция аналогична подробно рассмотренной выше. Схема наладки приведена на рис. 23.11, а результаты расчетов — в табл. 23.7.
12. Сравнивая результаты технического нормирования (по штучному времени, чтобы исключить влияние размеров партии) по примерам 20.2 и 23.4, в которых для обработки однотипной заготовки применялись два метода чернового точения, получаем
/ШТ1= 12,23 мин; /Шт2 = 2,78 + 3,32 = 6,1 мин, откуда снижение нормы времени по формуле (11.9) составляет
Сн „==(12,23-6,1). 100/12,23 = 50,1%;
рост производительности труда по формуле (11.10):
Рп= 100-50,1/(100-50,1)= 100,4%,
т. е. производительность возросла более чем в 2 раза. Производительность труда можно еще увеличить за счет усовершенствования схемы расстановки. резцов во второй многорезцовой операции. Так, если на участках /, 2, 3 (см. рис. 23.10) устанавливать не по одному резцу,
180
№ перехода Наименование перехода Расчет размеров
диаметр, мм длина, мм *
1 2 3 4 5 6 Установить и закрепить заготовку Точить поверхности 1, 2 и 3 одновременно Подрезать торцы 4, 5 и 6 одновременно Снять заготовку Контроль работы Уложить заготовку в тару 91,2 91,2 130 20 2, 2.4
Итого . . .
№ варианта
00
Число резцов для точения поверхности I и 2
I, II, III
По одному резцу
Таблица 23.7
Режимы обработки to, мин ta, мин
fM i 5, мм/мии Л, об/мии V, м/мии
1,7
5 1 100 125 35,8 1,3
1 25 125 35,8 (0,8) (0,35)
1,3 1,7
Таблица 23.8
IV, V, VI, VII VIII, IX, X
По два резца По три резца
а по два, то длина рабочего хода продольного суппорта уменьшится почти вдвое: Lp.x.npon.cyn= 120/2+7+3=70 мм и соответственно сократится основное (технологическое) время:
/о=7О/(О,8-125)=0,7 мин.
Еще больший эффект можно получить, устанавливая для точения поверхностей 1 и 2 по три резца.
Упражнение 23.3. Подробно спроектировать токарную операцию на станке-автомате по данным, изложенным в п. 11 примера 23.4 для вариантов, приведенных в табл. 23.8. Упражнение выполнить в объеме примера 23.4.
Проектирование операции на токарно-копировальном полуавтомате
Пример 23.5. Заготовка ступенчатого вала из стали 45 (твердость НВ 282...321; ов—1020... 1160 МПа) после фрезерно-центровальной операции и черновой токарной обработки приобрела форму и размеры, приведенные на рис. 20.1. Масса заготовки /и3«20 кг. Производство — крупносерийное.
Требуется спроектировать токарную операцию по эскизу на рис. 23.12.
Решение. 1. Ступенчатая форма заготовки с постепенным снижением диаметров позволяет легко вести их обработку методом копирования. Это свидетельствует о технологичности вала. Достаточная жесткость вала
Рис. 23.12
182
(L/dCpH:&) позволяет вести многорезцовую обработку. Форма канавок позволяет обработать их канавочными резцами с поперечным врезанием. Имеется возможность совместить этот переход с чистовым подрезанием торцов. Точность размеров по 10-му квалитету и шероховатость поверхности Ra5 достигаются после вторичной токарной обработки.
2. Для рассматриваемой операции рационально применить токарно-копировальную обработку. Цилиндрические поверхности будут точиться по копиру последовательно одним резцом. Торцы, канавки и фаски будут точиться одновременно несколькими резцами, установленными на поперечных суппортах. Операция будет состоять из одного установа, двух технологических переходов и четырех вспомогательных переходов. Технологические переходы могут быть совмещены по времени, что позволит повысить производительность труда.
3. Схема базирования заготовки такая же, как в примере 23.4. Поскольку конструкторская и технологическая базы не совпадают, произведен пересчет конструкторских линейных размеров в технологические. Принятые технологические базы и линейные технологические размеры показаны на рис. 23.12.
4. Расстановка резцов произведена так, что обработка всех цилиндрических поверхностей ведется последовательно одним резцом, установленным в резцедержателе копировального суппорта, обтачивание торцов и канавок ведется одновременно четырьмя канавочными резцами, а обработка фаски 2X45° — фасочным резцом с углом <р=45°.
5. Учитывая крупносерийный тип производства, в качестве станка следует выбрать современный токарный многорезцово-копировальный полуавтомат модели 1Н713 [11,23].
6. Выбор технологической оснастки подробно освещен в примере 23.4. Ниже приводится краткое изложение особенностей выбора оснастки для заданной обработки.
Так, в качестве вспомогательных инструментов используются специальный блочный резцедержатель для установки комплекта резцов на поперечный суппорт и резцедержатель для установки проходного резца на продольный суппорт.
Для сокращения времени на наладку станка резцы следует устанавливать вне станка по шаблонам. Это
183
способствует повышению производительности труда и лучшему использованию станка по времени.
Из режущих инструментов для точения цилиндрических поверхностей используется токарный резец с пластинкой твердого сплава Т15К6 [17], для подрезания торцов и протачивания канавок — канавочные резцы, для точения фаски — фасочный резец с углом <р=45°.
Для контроля размеров потребуется пять скоб на диаметральные размеры, шаблоны на линейные размеры и шаблоны для контроля канавок и фаски, а также образцы шероховатости 7?а5.
7. Наименование операции автоматная токарно-копировальная; содержание операции приведено в табл. 23.9. Там же приведены режимы обработки и результаты технического нормирования.
8. Путь, проходимый резцом, установленным в копировальном суппорте, равен сумме общей длины обрабатываемых ступеней, подъема резца на высоту от диаметра ступени с наименьшим до диаметра ступени с наибольшим диаметром, а также размеров врезания и перебега, т. е.
£р.х.коп.суп=(480 - 40) + 0,5(90 - 60,54) + 5,27 = = 460 мм.
Длина хода поперечного суппорта определяется по полуразности диаметров ступеней, имеющих наибольший перепад, с учетом глубины канавки, врезания и перебега:
£р.х.поп.суп=0,5(81,7 — 59)-f-3,65= 15 мм.
9. Продольная и поперечная подачи установлены по справочнику [17]: 5прод=0,5 мм/об; 5Поп=0,16 мм/об.
Стойкость наиболее нагруженного резца принимают 7’м=100мин [17]; поправочный коэффициент на скорость резания /Ст =0,9.
Скорость резания для этого резца, определенная по справочнику [17], и„орм=92 м/мин; с учетом поправочных коэффициентов
Црасч = иН0Рм К т.Кп.К=92 • 0,9 • 1,0 • 0,86=
= 70,38 м/мин.
При ЭТОМ Ирасч = 245,6 об/мин; Пфакт = 250 об/мин и тогда 0факт=71,6 м/мин.
Проверочный расчет принятого режима по мощности
184
№ перехода Наименование перехода Расчет размера
диаметр, мм длина, мм
1 Установить заготовку и закрепить
2 Точить поверхности 8, 6, 5, 3 и 1 последовательно по копиру 91,2 460
3 Подрезать торцы уступов 7, 4 и 2 с образованием канавок 10, 11 и 12 соответственно, то-
чить фаску 9 окончательно одновременно 91,2 15
4 Снять заготовку
5 Контроль работы
6 Уложить заготовку в тару
Итого . . .
Таблица 23.9
Режим обработки ^0» МИН мни
t, мм 1 5, мм/мии л» об/мин V. м/мии
1,7
0,65 1 125 250 71,6 3,68
1,2 1 40 250 71,6 (0,38) (0,42)
3,68 1,7
подтверждает, что режим осуществим, так как выдержано условие
дгрез=11,2 кВт<Л^двТ)ст= 16,32 кВт.
10. Основное (технологическое) время равно
/ о! — Т р.х.коп.суп/(5продЦфакт) — 460/ 125 — 3,68 МИН J /ой5—^р.х.поп.суп/(5поп^факт)^= 15/40 = 0,375 МИН.
Время работы поперечного суппорта перекрывается работой копировального суппорта и в расчет времени на операцию не включается (в табл. 23.9 заключено в скобки). Следовательно, остается /О = 3,68 мин.
Вспомогательное время операции по нормативам [16] равно /в=1,7 мин. Вспомогательное время контроля работы перекрывается основным временем и в суммарный результат не включается.
Остальные элементы нормы времени определяют по нормативам [16]:
/опер — 5,38 мин, fo6c=0,35 мин; /отд=0,22 мин; /шт=5,95 мин; /пз=48 мин.
При партии деталей Пд=160шт; /ш.к=6,22 мин; Нв= = 73шт.
11. На операцию должны быть оформлены операционная карта механической обработки, аналогично табл. 23.9, операционный эскиз (см. рис. 23.12) на карте эскизов и схема наладки станка (рис. 23.13).
12. Из результатов технического нормирования видно, что в штучном времени около 68% составляет машинное время (3,68 мин), а вспомогательное (ручное) время всего 26% (1,7 мин) . Это дает возможность проводить многостаночное обслуживание. В нашем случае оператор может обслуживать два станка, т. е. производительность труда возрастет в два раза. Нормирование многостаночных работ имеет свои особенности, которые нужно учитывать при проектировании многостаночных операций [16].
Копировальный полуавтомат 1Н713 позволяет использовать при точении несколько резцов. С этой целью продольный суппорт нужно наладить на работу, например, четырьмя резцами так, чтобы поверхности 1, 3, 8, 5 и 6
186
Рис. 23.13
обрабатывались одновременно каждая своим резцом. Тогда ход продольного суппорта £р.х.Прод.суп= 120+5= = 125 мм и соответственно основное время
/о— Lp.x. п род. суп/(S прод^факт)= 125/125=1 мин.
При этом наладка поперечного суппорта остается без изменений.
Оперативное время также уменьшится в два раза: /опер= 1 + 1,7=2,7 мин.
Еще одним значительным резервом повышения производительности труда является возможность сократить вспомогательное время, осуществляя автоматизацию загрузки, например, применяя промышленный манипулятор.
Упражнение 23.4. По исходным данным приведенного выше примера разработать токарно-копировальную операцию с применением многорезцовой обработки.
Задача 23.3. По данным табл. 23.10 произвести анализ детали по поверхностям, оценить объем их механической обработки, выбрать модель станка, рассмотреть особенности обработки деталей на нем, дать предложения по совершенствованию схемы наладки, а также выполнить операционный эскиз в соответствии со стандартами ЕСКД и ЕСТД.
187
Таблица 23.10
№ варианта Станок Литературный источник
I Одношпиндельный револь-
верный автомат (20, Т. 1, с. 330, рис. 10]
II 6-шпнндельиый токарный
автомат (20, Т. 1, с. 339, рис. 12]
III 8-шпиндельный токарный
полуавтомат [21, Т. 1, с. 299, рис. 127]
IV Одиошпиидельный револь-
верный автомат [21, Т. 1, с. 285, рис. 98]
V 6-шпиидельиый токарный
полуавтомат [21, Т. 1, с. 297, рис. 124]
VI Одношпиндельный автомат
продольного точения [20, Т. 1, с. 323, рис. 8]
VII 8-шпиндельиый токарный
полуавтомат [21, Т. 1, с. 299, рис. 128]
VIII Одношпиндельный револь-
верный автомат [21, Т. 1, с. 285, рис. 99]
IX 6-шпнндельный токарный
автомат [20, Т. 1, с. 340, рис. 13]
X 8-шпиидельный токарный
полуавтомат [21, Т. 1, с. 298, рис. 125]
Проектирование токарной операции на станке с ЧПУ
Пример 23.6. Планом технологического процесса механической обработки, разработанного для условий мелкосерийного производства, предусмотрено, что заготовка ступенчатого вала (см. рис. 5.2) проходит чистовую токарную обработку на токарном станке с числовым программным управлением (ЧПУ).
Требуется произвести разработку этой операции с целью подготовки исходных данных для составления управляющей программы.
Решение. 1. Наименование операции — токарная с ЧПУ (код 0838).
2. По операционному эскизу, изображенному на рис. 23.12, устанавливаем, что обработку надо выполнять за две операции: во время первой обточить цилиндрические поверхности 1, 3, 5, 6, 8, подрезать торцы 2, 4, 7, проточить канавки 10, 11, 12 и обточить фаску 9, оставшиеся поверхности — цилиндрическая поверхность на длине 40 мм и торец от диаметра 90Л10 до диаметра 80,4* могут быть обработаны во время второй операции.
188
Таблица 23.11
Номер позиции Номер перехода Наименование перехода
1 1 Установить и закрепить заготовку
2 Точить поверхности 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 после-
довательно по программе
2 3 Точить канавки 11, 12, 13 последовательно по
программе
3 4 Точить фаску 10 по программе
5 Снять заготовку и уложить в тару
3. Рассматриваемая (первая) операция имеет 1 установ, 3 технологических перехода, 2 вспомогательных перехода с использованием трех позиций револьверной головки.
4. Содержание операции по переходам приведено в табл. 23.11 и на рис. 23.14.
5. Из многообразия моделей отечественных станков с ЧПУ выбираем получивший широкое распространение токарный патронно-центровой станок модели 16К20ФЗ. Он имеет 9-скоростную автоматическую коробку скорос-
Рнс. 23.14
189
тей, 6- или 8-позиционную револьверную головку для инструментов и работает с устройством контурной системы ЧПУ Н22-1М. Эта система предусматривает, что в программе заложены геометрическая информация, технологические команды, управляющие автоматикой станка, и сведения о режиме работы.
Программоносителем является 8-дорожечная перфолента шириной 25,4 мм. Кодирование проводят по системе ISO-7bit (ГОСТ 13052—74).
В качестве технологической оснастки для операции берем поводковый патрон (при станке), хомутик, центр упорный по ГОСТ 13214—79 (обозначение 7032—0043) или вместо них — центр поводковый по ГОСТ 18257—72 (см. пример 20.4) и центр вращающийся.
Используем режущие инструменты: проходной упорный, канавочный и фасочный резцы с пластинками из твердого сплава.
6. Для определения координат точек профиля обрабатываемой заготовки к станку и изделию привязываем прямоугольную систему координат xOz так, что ось z проходит через ось вращения детали, а начальная точка О находится на левом торце. На основании этой системы составляется таблица приращения координат (Дх и Az) и определяется число импульсов на каждое перемещение с учетом, что шаг перемещения по оси х составляет 0,005 мм, по оси z — 0,01 мм. В табл. 23.12 представлен расчет этих величин для первого перехода.
Таблица 23.12
Координаты опорных точек заготовки Приращение координаты Число импульсов
номер точки на рис. 23.14, а -*эаг> ММ ^заг» ММ Дх, мм Дг, мм по оси X по оси Z
1 30,2 400 0 —80 0 8000
2 3 30,2 . 40,15 400 400 +9,95 0 0 —60 1990 0 0 6000
4 5. 40,15 40,26 340 340 +0,11 0 0 —60 22 0 0 6000
6 7 40,26 42,78 280 280 +2,52 0 0 —20 504 0 0 12000
8 42,78 160 +2,22 0 444 0
9 45 160 0 — 120 0 12000
10 45 40
190
На операционном эскизе рис. 23.14, а показаны траектория движения проходного резца 1 (б), канавочного резца 2 (в) и фасочного резца 3 (г).
7. После установления режимов резания разрабатывают управляющую программу и записывают ее на перфоленту.
Вся программа состоит из кадров информации, кадры состоят из слов, а слова имеют адрес, обозначаемый буквой, и числовую часть, представляемую числом.
Задача 23.4. Для исходных данных примера 20.1 разработать операцию для станка с ЧПУ. Задачу выполнить в объеме примера 23.6.
$ 24. ОБРАБОТКА ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И ПАЗОВ
Обработку плоских поверхностей можно выполнять как самостоятельную операцию (фрезерование, строгание, шлифование и др.) или включать как отдельный переход в сложную операцию — токарно-винторезную, револьверную, карусельную и др. В последнем случае в связи с обработкой разных поверхностей с одного установа можно достичь меньшей погрешности взаимного расположения поверхностей детали.
В конструкциях деталей машин встречаются пазы различного назначения, формы и размеров. Некоторые виды пазов стандартизированы (Т-образные, шпоночные и др.). Соответственно этому для их изготовления имеются стандартные инструменты и даже специализированные станки, например шпоночно-фрезерные.
При обработке плоскости собственный ее размер не меняется, а качество обработки характеризуется точностью формы и шероховатостью. Точность обработки плоскости сказывается на точности координирующего размера и на точности расположения ее относительно других поверхностей детали. Операционные припуски на обработку плоскостей приведены в литературе [15; 21, Т. 1].
Для интенсификации процесса обработки плоских поверхностей нужно применять прогрессивные методы обработки и использовать высокопроизводительное оборудование, например 2- и 3-шпиндельные карусельно-фрезерные станки непрерывного резания, барабанно-фрезерные станки, многошпиндельные продольно-фрезерные и продольно-шлифовальные станки, полуавтоматы непрерывного действия и др.
.191
Выбор метода обработки плоской поверхности
Пример 24.1. Для обработки плоскости основания корпусной детали (см. пример 5.2) произвести анализ исходных данных; выбрать метод механической обработки плоскости; разработать схему базирования заготовки на разных этапах обработки; определить операционные припуски; рассчитать межоперационные размеры.
Исходные данные (см. рис. 5.5): размеры обрабатываемой плоскости 100X50 мм) точность координирующего размера — по 9-му квалитету, шероховатость плоскости 2,5; допускаемое отклонение от плоскостности 0,05 мм; общий припуск на механическую обработку плоскости равен (2±0,2) мм, с учетом литейных уклонов он составляет 4,6 мм (см. рис. 5.6), производство — крупносерийное.
Решение. 1. Деталь относится к мелким деталям. Материал ее (чугун СЧ15) хорошо обрабатывается резанием. Деталь достаточно жесткая и прочная. Она вполне технологична и допускает применение производительных методов обработки.
Обрабатываемая плоскость имеет небольшие размеры и связана с другими элементами детали двумя размерами: толщиной основания, составляющей 10 мм, координирующим размером 48js9 до оси отверстия цилиндра.
2. Обработку заданной поверхности (рис. 24.1) следует производить в три этапа: сначала лезвийным инструментом за два хода срезать припуск /7Общ=4,6 мм, а затем подвергнуть заготовку шлифованию. Для обработки лезвийным инструментом применяем торцовое фрезерование благодаря широкому распространению и высоким технико-экономическим показателям.
В результате всей обработки можно будет довести точность координирующего размера до требуемого 9-го квалитета точности и получить необходимую шероховатость /?а 2,5.
Рис. 24.1
192
Порядок обработки плоскости таков:
1) фрезеровать плоскость начерно, после чего точность координирующего размера будет соответствовать 14... 13-му квалитетам и шероховатость /?а=40...20 мкм;
2) фрезеровать плоскость получисто (под шлифование) с точностью по 12...11-му квалитетам и шероховатостью /?а=2О...1О мкм (для повышения производительности фрезерную операцию выгодно производить без переустановок и переналадок. Этому требованию отвечает обработка на карусельно-фрезерном станке непрерывного действия с 2...3 шпинделям для черновой и чистовой торцовых фрез; например моделей 621, 623);
3) шлифование целесообразно осуществлять на плоскошлифовальном станке с прямоугольным столом шлифовальным кругом с горизонтальной осью вращения, работающим периферией.
3. При обработке корпусных деталей, имеющих главное отверстие, применяют один из двух возможных вариантов: 1) «обработку от плоскости», 2) «обработку от отверстия».
В карусельно-фрезерной операции в качестве черновой технологической базы используем верхние плоскости
Таблица 24.1
Параметр Обозначение Размер, мм
Толщина основания корпуса по чертежу
(координирующий размер от плоскости до
оси детали 48/,9) Яд=Яз 10
Исходная толщина детали Я»„ = Яз 10
Операционный припуск (на сторону) на
шлифование Пз 0,3
Межоперационный размер заготовки пос-
ле получистового фрезерования Я2 = Яз + + П3 10,ЗЛИ
Операционный припуск на сторону на
получистовое фрезерование пг 1
Межоперационный размер заготовки пос-
ле чернового фрезерования н,=нг+ + Пз 11,3/113
Операционный припуск (на сторону) на
черновое фрезерование п, 3,3
Толщина основания (с допуском) исход-
ной заготовки с учетом напуска от линей-
иых уклонов. Яо = Я! + + Я1 14,6±2
193
того же основания, а также его торцовые поверхности. При таком базировании заготовку надежно закрепляют за основание, которое обрабатывается. Основание получится равностенное (одинаковой толщины). При выборе этой базы соблюдаются правила о выборе черновой базы (рис. 24.1, б, в).
Шлифование плоскости, которое будет выполняться после обработки главного отверстия корпуса, выполняем, принимая в качестве технологической чистовой базы поверхность отверстия корпуса. Придание плоскости горизонтального положения осуществляют поворотной вилкой, и в выровненном положении закрепляют заготовку (рис. 24.1, г).
4. Общий припуск на механическую обработку достаточно велик, чтобы снять его однократной обработкой. Поэтому его следует разделить на операционные припуски на каждый этап обработки (переход). Операционные припуски устанавливают по справочникам [20,
Таблица 24.2
№ варианта Деталь Материал детали Вид исходной заготовки Наименование плоской поверхности Квалитет точности координирующего размера Шероховатость после обработки Ra, мкм
I Корпус Чугун Оболочковое литье Плоскость 7 2.5
II Вал Сталь Горячекатаный прокат Торец 9 10
III Корпус Цветной сплав Литье в • кокиль Плоскость 6 1,25
IV Шестерня Сталь Штамповка Торец 7 2,5
V Рычаг » » Плоскость 10 5
VI Вал > > Торец 10 5
VII Рычаг > » Плоскость 8 5
VIII Втулка > Прокат горячекатаный Торец 9 5
IX Корпус Чугун Литье в землю Плоскость 9 10
X Вал Сталь Штамповка Торец 7 2,5
194
Т. Г, 21, Т. 1]. Находим, что операционный припуск на получистовое фрезерование (после чернового) /72= 1 мм, а операционный припуск на плоское шлифование /73= = 0,3 мм. Операционный припуск на черновое фрезерование находим вычитанием:
П1 = /70бщ — (/7г Ч- /7з)=4,6 — (1,0 0,3) = 3,3 мм.
5. Расчет промежуточных размеров производится по методике, изложенной в § 7 (см. табл. 24.1).
Задача 24.1. Проектируется технологический процесс механической обработки детали средних размеров (варианты в табл. 24.2) в условиях серийного производства.
Требуется произвести анализ исходных данных, приведенных в табл. 24.2, и выбрать метод обработки плоской поверхности.
Проектирование фрезерной операции
. Пример 24.2. По плану технологического процесса черновая обработка верхней плоскости корпуса (рис. 24.2) производится фрезерованием. Материал корпуса— серый чугун марки СЧ21 ГОСТ 1412—70. Исходная заготовка получена литьем в землю, имеет размеры по II классу точности, масса корпуса 12 кг. Операционный припуск на сторону /71 = 3 мм. При операции должен быть выдержан координирующий размер 60Л12 (6О_о,з мм). Шероховатость поверхности /?а 20. Тип производства — серийный (размер партии 50 шт., периодичность их запуска — через неделю).
Т ребуется спроектировать фрезерную операцию.
Решение. 1. Обрабатываемая заготовка относится к средним по массе и размерам. Операция по характеру— черновая; толщина снимаемого слоя (припуск /71) невелика, но, очевидно, имеется литейная корка. Объем выпуска деталей в год порядка 2600 шт. позволяет применять производительное оборудование и оснастку.
2. Из имеющихся разновидностей фрезерования плос-
Рнс. 24.2
195
Таблица 24.3
№ перехода Наименование перехода
1 2 3 4 5 Установить и закрепить заготовку Фрезеровать поверхность предварительно Контроль работы Снять заготовку Уложить заготовку в тару
костей остановимся на торцовом фрезеровании, как более производительном и обеспечивающем возможность обработки поверхности шириной 100 мм. Этот вид обработки выполняется на широко распространенных вертикально-фрезерных станках.
3. При обработке плоскостей разъема корпусов за технологическую базу целесообразно принимать плоскость основания, которая предварительно должна быть точно и чисто обработана. Кроме плоскости- основания для правильной ориентации заготовки в качестве технологической базы используют отверстия в основании. Комплект этих поверхностей, составляющих технологическую базу, обычно является надежной постоянной базой, обеспечивающей высокое качество обработки.
4. Наименование операции — вертикально-фрезерная (код 4261). Операция состоит из одного установа и содержит один технологический и четыре вспомогательных перехода (табл. 24.3).
5. Для фрезерования в рассматриваемых условиях наиболее рационально применить вертикально-фрезерный станок средних размеров, например моделей 6Р12 или 6Р13, если предусмотреть работу на станке «маятниковым способом», при котором на столе устанавливают приспособления для крепления двух заготовок и время снятия и установки заготовки перекрывается основным технологическим временем (код станка модели 6Р12 38.1611.1602, стоимость по прейскуранту 18—01 от 1983 г. составляет 3160 руб., код станка модели 6Р13 38.1611.1702 и стоимость — соответственно 3820 руб.).
6. Закрепление заготовки на столе станка нужно осуществить в специальном приспособлении, соответствующем принятой ранее технологической базе. На плите приспособления должны быть три плоскостные опоры под плоскость основания и два установочных пальца: цилиндрический и срезанный. Зажимное устройство
19б
Таблица 24.4
Xs варианта Наименование и марка материала Координирующий размер, мм Размеры обрабатываемой плоскости, мм Масса заготовки, кг Припуск на сторону, мм
I; VI Сталь 45Л 50 140X40 8,7 3,6(1); l(VI)
II; VII Чугун СЧ18 120 320X120 6,5 3.7(H); 1,5(VII)
III; VIII Сталь 40Л 150 620X200 12,8 6,6(111); 2(VIII)
IV; IX Чугун СЧ21 60 170X60 8,4 4,8 (IV); 1 (IX)
V; X Сталь 50Л 79 120X80 4,8 3,2 (V); 1(Х)
приспособления должно быть механизированным, например пневматическим, и пневмопривод должен быть агрегатирован в виде пневмокамеры или пневматической плиты. Возможно также применение двухместного приспособления.
В качестве вспомогательного инструмента потребуется оправка для торцовой фрезы (код оправки 39.2670.ХХХХ).
В качестве режущего инструмента применяем торцовую насадную фрезу диаметром £)фр=160 мм (Офр= = 1,6 В), где В— ширина фрезерования); целесообразно использовать фрезу с механическим креплением многогранных неперетачиваемых пластинок из твердого сплава.
Для контроля качества обработки потребуется специальный шаблон на размер 60ft12 и образцы шероховатости /?а20 для плоскостей.
7. Далее производится определение режима резания и техническое нормирование операции, как в предыдущих примерах.
Задача 24.2. В условиях серийного производства выполняется обработка корпусной детали по конфигурации сходной с деталью, изображенной на рис. 24.2 (варианты приведены в табл. 24.4). (Для I...V предусматривается черновая обработка, а для VI...X вариантов— чистовая). Точность и поле допуска координирующего размера и шероховатость поверхности для I...V вариантов А12; Ra 20; а для VI...X вариантов соответственно ЛЮ, /?а 5. Исходную заготовку получают литьем.
Упражнение 24.3. На рис. 24.3 показаны варианты деталей с пазами различной формы и назначения.
197

Требуется: определить название и назначение паза; задаться размером и материалом детали; установить с помощью ГОСТов размеры и другие параметры рассматриваемого паза и предложить возможные варианты его обработки.
§ 2$. ОБРАБОТКА ФАСОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Фасонными (сложными) принято называть поверхности, форма которых отлична от цилиндра и плоскости. К фасонным не относятся резьбовые, зубчатые и шлицевые поверхности.
198
Обработка фасонных поверхностей, даже наиболее простых — конических, сложна, поэтому наличие их у детали снижает ее технологичность, особенно если к фасонной поверхности предъявляются строгие требования по точности, шероховатости и другим показателям.
Обработка фасонных поверхностей резанием может производиться на станках всех групп. Все многообразие способов обработки можно разделить на три основные разновидн'ости: 1) обработка фасонным инструментом; 2) обработка нормальным инструментом, который перемещается по фасонной траектории с помощью копиров или копировальных устройств, специальных приспособлений или за счет кинематических возможностей станка; 3) обработка по программе на станках с программным устройством.
Для облегчения фасонной обработки целесообразно предусматривать черновые операции, в которых простейшими способами удаляют большую долю припуска.
Выбор метода обработки фасонной поверхности
Пример 25.1. У стальной детали (рис. 25.1) имеется фасонная поверхность. Исходную заготовку вырезают из листа .толщиной 30 мм.
Требуется предложить способ обработки фасонной поверхнрсти в условиях серийного производства.
Решение. 1. Из рассмотрения исходных данных устанавливаем, что фасонная поверхность является неполной поверхностью вращения с углом охвата 180°. Оборудование для обработки следует выбирать универ-
199
Таблица 25.1
Xs варианта Г абаритные размеры детали LXB\H или мм Обрабатываемая поверхность Xs варианта
• размер R, мм шероховатость Ra, мкм
1; П 300X70X40 70 20 VII;
III; IV 700X200X180 50 10 VIII
V; VI 350X200 60 15 IX; X
Габаритные размеры детали или
L\d, мм
140ХЮ0 95X75
Примечание. Для I и VI вариантов предусматривается массовый тип производства; для III варианта — крупносерийный; для VII и X вариантов — серийный; для II, IV и V вариантов — мелкосерийный; для VIII и IX — единичный тип производства.
Обрабатывав-мая поверхность
размер о _ X « о О а
120 85 5 10
сальное, наиболее характерное для серийного производства.
2. Из возможных методов обработки исключается точение, так как размеры левой по рисунку прямоугольной части детали больше радиуса R обрабатываемой поверхности. Останавливаемся на фрезеровании. Фасонный профиль поверхности будем обрабатывать фрезой с вогнутым профилем (рис. 25.2). Для изготовления поверхности вращения применим вертикально-фрезерный
Рис. 25.3 -
200
станок, на столе которого установим вращающийся по* воротный стол. Привод стола — механический, как это предусмотрено конструкцией современных вертикально-фрезерных станков. Для установки заготовки применяем специальное приспособление с винтовым зажимом.
Задача 25.1. У детали (варианты приведены в табл. 25.1 и на рис. 25.3) имеется фасонная поверхность.
Требуется на основе приведенных данных установить тип обрабатываемой поверхности и выбрать способ ее обработки.
§ 26. ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗУБЬЕВ
Зубчатые передачи получили очень широкое распространение в современном машиностроении. Зубчатые колеса, являющиеся основными элементами этих передач, очень разнообразны. Более других распространены цилиндрические зубчатые колеса 6...9-й степени точности. Действующие стандарты предусматривают ряд основных показателей точности зубчатых колес: кинематическую точность, плавность работы, норму контакта. Регламентируются также виды сопряжений зубьев в передаче, за основу которых принимается размер бокового зазора: нулевой (Н), весьма малый (Е), малый (D), уменьшенный (С), нормальный (В) и увеличенный (А).
В преобладающем большинстве зубья колес имеют эвольвентный профиль. На выбор методов обработки зубьев влияет ряд факторов: конструкция и размеры колеса, материал, точность, твердость.
Существуют два принципиально разных метода образования зубьев — копирования и обкатки, и в каждом из них есть разные способы, отличающиеся производительностью, качеством обработки и др. Каждый способ характеризуется экономической точностью обработки и шероховатостью рабочих поверхностей зубьев. Выбор методов обработки зубьев в зависимости от точности и других показателей производится по технологическим источникам: [20, Т. 1; 21, Т. 1].
Выбор методов обработки зубьев
Пример 26.1. Проектируется технологический процесс изготовления цилиндрического колеса с прямыми зубьями (рис. 26.1) из стали 45 твердостью НВ 210...240 с модулем ап=«=4 мм; числом зубьев z=51; коэффициен-
201
Рис. 26.1
том смещения £=0; нормальным исходным контуром по ГОСТ 13755—71; степенью точности 7-С; делительным диаметром d=204 мм. Дополнительные сведения: масса /71 = 5,35 кг; зубья калить ТВЧ на глубину А = 0,8...1 ,2 мм, до твердости HRC 35...40; неуказанные предельные отклонения отверстий //14, валов Л14, остальных 14; исходная заготовка — штампованная поковка; производство — крупносерийное.
Требуется: произвести конструкторско-технологический анализ детали; выбрать способ обработки зубьев.
Решение. ч1. Зубчатое колесо имеет небольшие размеры и масс^. По конструкции — колесо однодисковое со ступицей, нёсиммет'рично выступающей по обе стороны обода. В колесе имеется центральное сквозное 8-шли-цевое отверстие с центрированием по внутренней поверхности диаметром 0 56/77. Это отверстие является конструкторской базой. Наличие ступицы, выступающей за габарит колеса, мешает установке заготовок пакетом при выполнении зубообрабатывающих операций. Отверстие можно использовать в качестве одного из элементов технологической базы.
Для установки заготовок на стайки можно использовать автоматические манипуляторы.
2'02
Материал детали обладает хорошей обрабатываемостью давлением и резанием и при осуществлении штамповки, термической и механической обработки затруднений не возникает.
Заданная твердость детали (НВ 210...240) достигается закалкой с высоким отпуском («улучшением»). Материал такой твердости обрабатывается всеми видами лезвийных и абразивных инструментов. Термическую обработку осуществляют перед механической обработкой или после черновой механической обработки.
Прямые зубья эвольвентного профиля легко доступны для инструмента. Заданная степень точности 7-С означает, что такое колесо является точным и способно работать йри повышенных скоростях и умеренных мощностях (или наоборот).
Торцы зубьев колеса должна быть закруглены (для облегчения входа в зацепление с сопрягаемым колесом) и поэтому нужно предусмотреть зубозакругляющие операции.
Рабочая поверхность зубьев имеет твердость HRC 35...40, полученную поверхностной закалкой токами высокой частоты (ТВЧ).
^Проведенный анализ позволяет считать деталь достаточно технологичной.
2. Нарезание зубьев 7-й степени точности должно производиться методом обкатки на точных зубофрезерных или зубодолбежных станках. При использовании зубофрезерного станка имеется возможность применить 2-заходную червячную модульную фрезу. Это позволит уменьшить основное технологическое время в два раза, а снижение точности нарезания на качестве колеса не скажется, если после этого мы выполним отделку зубьев шевингованием.
Между операциями зубофрезерования и шевингования следует выполнить закругление торцов зубьев, а также снять заусенцы и скруглить острые кромки, например, прогрессивным способом — электрохимическим травлением.
После термообработки ТВЧ следует отделать поверхность зубьев наиболее простым и дешевым способом — обкаткой. Достоинством предложенного плана обработки будет относительно высокая производительность, достижение необходимой точности колеса, малая шероховатость рабочих поверхностей зубьев. В нем тем не менее имеются резервы для совершенствования, если на кон
203
кретном предприятии имеются технические возможности применить: а) накатывание зубьев в горячем состоянии при разогреве обода колеса ТВЧ (это позволит упростить зубофрезерование, т. е. свести работу к фрезерованию в один рабочий ход со снятием тонкого припуска); б) прогрессивный процесс отделки — зубопритирку или зубохонингование; в) зубофрезерование на 2-шпиндель-ном станке; г) зуботочение; д) автоматизацию загрузки станков, механизацию закрепления заготовок и др.
3. Общий припуск при зубонарезании в радиальном направлении /7Общ.раД.=2,2/п=2,2*4 = 8,8 мм.
Операционные припуски на сторону для каждого вида обработки устанавливаются по технологическим справочникам и составляют: на зубошевингование /?2= = 0,14 мм [5]; на зубопритирку /7з=0 [12], так как она осуществляется за счет срезания слоев, толщина которых не превышает поля допуска на толщину зуба. Сумма операционных припусков на второй и третий переходы по толщине зуба /7ТОлщ = 0,14 мм, а эта величина в радиальном направлении4^ определяется по формуле /7рад— == //толщ/sinа, где уа = 20° — угол зацепления. В нашем случае /7рад = 0,14/0,342 = 0,41 мм. Следовательно, на первый переход — черновое зубофрезерование — операционный припуск в радиальном направлении
П 1рад = /Уобщ.рад — /7раД = 8,8 — 0,41=8,39 мм.
Задача 26.1. Зубчатое колесо изготовляют из горячекатаного проката из стали 45 (рис. 26.2).
Рис. 26.2
204
Таблица 26.1
№ варианта Данные о колесе Данные о зубьях колеса
масса, кг твердость колеса НВ Дотв» ММ ь, ММ dcTt мм /, мм степень точности модуль т, мм число зубьев Z шероховатость зубьев Ra, мкм угол наклона зуба 0, град твердость зуба HRC
I. П 1,35 180 25/77 28 40 10 7/7 4 22 0,63 20(1) 0(П) 40
III, IV 7,95 240 50/76 60 80 15 6/7 6 85 0,32 0(111) 20 (IV) 45
V, VI 12,1 210 45/76 50 70 20 8£ 5 40 1,25 30 (V) 0(VI) 50
VII, VIII . 0,65 220 20/77 20 35 10 8С 2 40 0,63 0(VII) 30(VIII) \ 45 .
IX, X 2,03 200 40/77 35 7Н 3 35 1,25 25 (IX) 0(Х) 55
Примечание. Делительный диаметр определяется по формуле d = mz/cos 0; наружный диаметр — da = d + 2m; нормальный исходный контур — по ГОСТ 13755—68.
ю о V»
Требуется выбрать способ обработки зубьев• и разработать последовательность операций при серийном типе производства (варианты даны в табл. 26.1).
§ 27. ОБРАБОТКА ШЛИЦЕВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Шлицевые соединения применяются в механизмах для передачи крутящего момента. Они обеспечивают получение соединений как с натягом, так и с зазором. По профилю шлицев они бывают прямобочные, эвольвентные и треугольные; они центрируются по внутреннему диаметру (рис. 27.1, а), по наружному диаметру (рис. 27.1, б) или по боковым поверхностям (рис. 27.1, в) шлицев. На шлицевых выступах валов имеются фаски, а при центрировании по внутреннему диаметру делаются канавки для выхода шлифовального круга.
Шлицевые соединения стандартизованы: прямобочные— по СТ СЭВ 187—75 и 188—75, эвольвентные — по СТ СЭВ 259—75, 268—76 и 269—76. Это позволяет использовать стандартные режущие инструменты: червячные шлицевые фрезы при обработке валов и протяжки при обработке шлицевых отверстий.
Шлицевые поверхности валов рационально фрезеровать методом обкатки, применяя червячные шлицевые фрезы с «усиками» или без них, на шлицефрезерных станках. Шлйфуют внутреннюю поверхность и бока выступов на шлицешлифовальных станках, наружную поверхность на круглошлифовальных станках.
Из новых методов обработки, разработанных для массового производства, применяют шлицедолбление, шлицестрогание, шлицепротягивание и холодное накатывание.
Шлицевые поверхности втулок изготовляют протягиванием, а при необходимости — шлифуют по меньшему диаметру на внутришлифовальных станках.
Рис. 27.1
206
Выбор методов обработки шлицевой поверхности вала
Пример 27.1. Имеется шлицевое соединение легкой серии, обозначаемое d — 8Х36(Я7//7)Х40(//12/а1 1)Х X7(F8/f8).
Требуется выбрать метод обработки стального вала из стали 45, входящего в это соединение, в условиях серийного производства (рис. 27.1).
Решение. 1. Условное обозначение шлицевого соединения расшифровывается так: центрирование соединения производится по внутреннему диаметру шлицев; число шлицев равно 8; диаметр внутренних шлицов, по которому происходит центрирование соединения, равен 36 мм и имеет точность по 7-му квалитету с полем допуска f (с верхним отклонением — 0,025 мм и нижним отклонением— 0,05 мм); наружный диаметр вала равен 40 мм и выполняется по 11-му квалитету с полем допуска а (с верхним отклонением — 0,31 мм и нижним отклонением — 0,47 мм); ширина выступов шлицевой поверхности вала составляет 7 мм и должна быть выполнена с точностью по 8-му квалитету с полем допуска f (верхнее отклонение равно —0,013 мм, нижнее отклонение равно —0,035 мм). Обрабатываемый вал имеет небольшие размеры и массу, хорошо обрабатывается резанием. Вал имеет центровые отверстия, которые будут технологической базой в операциях обработки шлицевой поверхности.
2. Подготовка наружной поверхности вала. Наружная поверхность вала с шероховатостью Ra5 может быть изготовлена двукратным точением (начерно и начисто).
3. Нарезание шлицов на валике ввиду малой их глубины h = 0,5 (40—36) = 2 мм может быть осуществлено однократным фрезерованием методом обкатки с использованием соответствующей червячной шлицевой фрезы на шлицефрезерном станке, например модели 5350. При этом на шлифование должен оставляться припуск порядка 0,1 мм на сторону.
4. Чистовая обработка внутренней поверхности вала 0 36/7 с шероховатостью /?а 2,5 и боковых сторон выступов размера 7/8 с такой же шероховатостью должна осуществиться шлифованием на шлицешлифовальном станке, например модели 3451 Б, шлифовальным кругом, заправленным по профилю впадины.
5. Контроль качества изготовленной шлицевой по-
207
Таблица 27.1
№ варианта
Условное обозначение
№ варианта
Условное обозначение
O-6X28-^-X32-^ al 1
*7~f8
6“6X284rr
X7 —
Л /8
, ЛО Я7 Я12 ^6X28—X 32 —
F8
x7j
D-10X72-^
VI
Я12 all
VII
VIII
d-10X42-^-al 1
D9
X6T8-
Я11
D-10X42—7T
хб-^-
Я7
IX
ЯП
ян
Я7
F8
х1278-
4— 10Х72-^-Х 82-ТГГ
/7 all
F8 f8
ft-10X72-^ al 1
X12™-
/8
0-8X36-^11 al 1
X711
Л f8
Я12 all
Н1
верхности производится шлицевыми профильными калибрами (кольцами) и образцами шероховатости.
Задача 27.1. Имеется шлицевое соединение, варианты условного обозначения которого приведены в табл. 27.1.
Требуется выбрать методы обработки шлицевых поверхностей вала и втулки.
$ 28. ОСОБЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ
Достижения современной науки и техники позволяют применять в технологических процессах изготовления деталей, наряду с широко распространенными способами обработки металлов резанием со снятием стружки, новые особые технологические методы обработки. К ним относится группа методов обработки с непосредственным использованием электрической энергии в технологических целях (электрофизическая, электрохимическая обработка и др.), лучевые методы, исполь-
208
зующие энергию светового или электронного луча, механическая обработка без снятия стружки (за счет пластической деформации), виброобработка, балансировка и др. Применение этих методов расширяет технологические возможности при изготовлении деталей, особенно из современных материалов с особыми
Рис. 28.1
свойствами, позволяет интенсифи-
цировать обработку, повышать качество поверхностей, улучшать свойства деталей, снижать стоимость об-
работки и др.
Образование отверстий
Пример 28.1. В детали из металлического сплава, плохо поддающегося резанию, требуется образовать отверстие квадратного сечения с криволинейной (по дуге окружности) осью (рис. 28.1). Производство — серийное.
Таблица 28.1
№ варианта Материал детали Содержание обработки
Неэлектропроводный большой
I твердости Образование отверстия фасонного про-
филя
II Очистка заготовки от грязи и масла
III ’Изготовление рельефной надписи
IV Разрезка сверхтвердого материала
Электропроводный, трудно-
V обрабатываемый резанием Покрытие поверхности тонким слоем
VI твердого сплава Диффузионное насыщение поверхност-
VII ного слоя металлом Прорезание тонких пазов
VIII Обработка листа по контуру
IX Определение и устранение неуравно-
X вешенности вала Удаление заусенцев после зубофрезеро-
вания
8—961
209
Требуется выбрать возможные способы образования заданного отверстия.
Решение. Из немеханических способов, учитывая хорошую электропроводность материала, можно воспользоваться электроэрозионным методом обработки. Сущность этого процесса состоит в том, что разрушение металла происходит в результате электрических разрядов, образующихся между заготовкой (анодом) и электродом-инструментом (катодом). Отверстие по форме и размерам соответствует форме и размерам электрода. В рассматриваемом случае электрод должен иметь квадратное поперечное сечение, а ось его изогнута по .дуге радиуса R. Вдоль этой оси должна осуществляться подача электрода в заготовку.
Точность отверстия в зависимости от параметров процесса, в частности от тока, находится в пределах 8...12-го квалитетов, а шероховатость /?а = 0,32...0,63 мкм.
Целесообразно использовать хорошо зарекомендовавший себя производительный способ электроимпульсной обработки, осуществляемый на станках типа 4Д721.
Упражнение 28.1. Необходимо выполнить обработку детали из материала с указанными свойствами (варианты даны в табл. 28.1).
Требуется указать возможные способы обработки.
Накатывание гладкой шейки вала
Пример 28.2. Средняя часть длиной /===50 мм наружной цилиндрической поверхности вала длиной £ = =260 мм и диаметром 50 мм после обтачивания имеет шероховатость поверхности /?а2,5. Для уменьшения шероховатости этой поверхности предусмотрено проведение токарной операции накатывания (обкатки) цилиндрической наружной поверхности шариком.
Т ребуется: перечислить основные достоинства этого способа; выбрать станок и оснастку; разработать схему базирования; установить режим обработки и основное технологическое время.
Решение. 1. Достоинством чистовой обкатки являются уменьшение шероховатости (примерно в 4...8 раз), упрочнение поверхности (наклеп), повышение сопротивления усталости детали, экономия дефицитных и дорогостоящих инструментов, повышение производительности и снижение стоимости.
210
2. Для выполнения работы нужен токарный станок, допускающий обработку над суппортом заготовок диаметром более 50 мм и с расстоянием между центрами 250 мм, например токарновинторезный станок модели 16К20 с расстоянием между центрами 710 мм.
3. Установку обрабатываемой заготовки 1 для соблюдения единства технологической базы осуществляем на центрах (рис. 28.2). В ка
Рис. 28.2
честве поводкового средства
используем поводковый патрон и хомутик из принадлежностей станка. Накатка 2 установлена в резцедержатель 3 станка.
4. При работе с шариковыми накатками подача S^0,8 мм/об, а скорость z>^200 м/мин [12], число рабочих ходов /=3, сила нажатия шариком /7=1,5...3 кН. Все элементы режима обработки проверяются практикой и корректируются. Следует убедиться в достаточной жесткости заготовки. В нашем случае она достаточна, так как L/d=260/50=5,2.
Для конкретного случая примем параметры, близкие
к средним из рекомендуемых по литературным источни-
Таблица 28.2
№ варианта Обрабатываемая поверхность Деталь № варианта Обрабатываемая поверхность Деталь
длина 1, мм диаметр d, мм длина L, мм диаметр D, мм длина /, мм диаметр d, мм длина L, мм диаметр D, мм
I 100 100 100 150 VI 25 50 290 50
II 200 200 200 300 VII 50 100 580 100
III 300 300 300 450 VIII 75 150 870 150
IV 50 100 330 IX 100 70 100 120
V — 320 100 640 200 660 X 200 140 200 240
8* ♦
211
1,1,И
Рис. 28.3
кам: S = 0,4 мм/об; ^=82,5 м/мин; и = 525 об/мин; f=3. Эти величины скорректированы по станку.
5. Основное технологическое время операции определяется по формуле
(/ + /i)Z/(Sn)=(50 + 5)- 3/(0,4 • 525)=0,79 мин, где /=5 мм — размер на вход и выход инструмента.
Остальные элементы нормы времени устанавливаются при техническом нормировании по источнику [16].
Задача 28.1. Поверхность детали (варианты— в табл. 28.2 и на рис. 28.3) имеет шероховатость 7?а 2,5. В качестве окончательного метода обработки применена накатка шариком.
Требуется: описать подготовку к выполнению этой операции; выбрать станок и оснастку; установить режим обработки и определить основное время операции.
212
$ 20. ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕРМОСТОЙКИХ ПЛАСТМАСС
В современных машинах и различных устройствах все чаще встречаются детали, работающие при высоких температурах и больших нагрузках. Часто они контактируют с химически активными средами. Такие детали изготовляют из жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, а некоторые — из термостойких пластмасс. Эти материалы, обладая высокими твёрдостью и прочностью, жаростойкостью и коррозионной стойкостью, плохо поддаются обработке резанием. Это вызывает необходимость осуществлять резание с рядом существенных особенностей или применять особые способы обработки.
Разработка операции фрезерования детали из жаропрочной стали
Пример 29.1. У детали средних размеров из нержавеющей стали марки 12Х18Н9Т (ов = 550...650 МПа) нужно в условиях серийного производства обработать начерно плоскость размером 500ХЮ0 мм с шероховатостью /?а 20. Операционный припуск на сторону П[ — = 3 мм.
Требуется: выбрать станок и оснастку; определить основное технологическое время.
Решение. 1. Выбор технологического оснащения производится с учетом исходных данных:
станок — вертикально-фрезерной модели 6Р12;
приспособление — это фрезерное с пневматическим приводом;
вспомогательный инструмент — оправка для торцовой фрезы;
режущий инструмент — фреза торцовая насадная, диаметром 160 мм со вставными ножами с пластинками из твердого сплава (число зубьев фрезы 2=6);
измерительные инструменты — шаблон для контроля координирующего размера и образцы шероховатости.
2. Установление режима резания производится по справочнику [17,4. I]: подача S2=0,09...0,14 мм/зуб.
Скорость резания для фрезы с пластинками из твердого сплава ВК8 при. глубине резания t=3 мм составляет v = 41,5 м/мин;
частота вращения шпинделя станка праСч — = 100(Ь/(л/)фр) =82,6 об/мин. Принимаем по паспорту
213
«факт ==80 об/мин, а ифакт =0,001 тОфрпфакт = 40,2 м/мин;
фактическая подача равна; 5гфакт==: 5гИфакт/«расч == = 0,1 мм/зуб;
мощность резания составляет примерно 1,5 кВт.
3. Основное технологическое время /0 = (/ + + /i) Z/ (S2zn) = (500 + 21 )• 1 /50= 10,4 мин.
Обращает на себя внимание большое основное время: для сравнения при обработке стали 45 при той же глубине резания мы бы получили/0=2,6 мин. Низкие режимы резания при фрезеровании жаропрочной стали объясняются требованием сохранения достаточно высокой стойкости режущего инструмента. Процесс можно интенсифицировать, о чем есть сведения в литературе [6, 12].
Задача 29.1. В табл. 29.1 приведены варианты обработки поверхности в детали из стали 12Х18Н9Т.
Требуется выбрать станок, оснастку и инструмент для операции и определить основное технологическое время.
Таблица 29.1
№ вари* анта Операция Размеры обрабатываемой поверхности, мм Припуск, мм Материал инструмента
I Сверлить отверстие Глубина £=80 Диаметр £>=16 2/7=16 Р18
II То же Глубина £ = 80 Диаметр £> = 25 2/7=25 Р18
III Точить шейку вала Длина £= 110 Диаметр £) = 75 2Л=5,5 ВК8
IV То же Длина £ = 110 Диаметр /7 = 75 2Л=1,5 ВК8
V » Длина £=120 Диаметр £> = 80 2/7=4 ВК8
VI Длина £=120 Диаметр £> = 80 2/7= 1,5 ВК8
VII Фрезеровать плоскость цилиндрической фрезой Длина £ = 200 Ширина В = 70 /7 = 4 Р18
VIII То же Длина £ = 200 Ширина В = 70 /7=1,5 Р18
IX То же торцовой фрезой Длина £=200 Ширина В = 40 /7=3 Р18
X То же Длина £=200 Ширина В = 40 /7=1,2 Р18
214
$ 30. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
На современном уровне развития технологии машиностроения имеется возможность изготовить любую деталь разными способами. Проектируя технологический процесс, важно установить его оптимальный вариант, отвечающий всем техническим и экономическим требованиям производства. Те же соображения относятся к необходимости выбора оптимального варианта выполнения каждой операции технологического процесса.
Важным показателем экономичности является технологическая себестоимость изготовления детали. Выбор экономически наивыгоднейшего варианта технологического процесса или операции проводится путем сравнения технологических себестоимостей изготовления детали или выполнения операций в сравниваемых вариантах.
Технологическая себестоимость Стх определяется суммированием производственных затрат на изготовление одной детали (или выполнения операции) и представляется формулой
С*тх^=См “I" Зполн.осн.раб-4" Храсхсодерж.обор + Црасх, (30.1)
где См = Со — Цотх/Иотх — стоимость основного материала или полуфабриката (исходной заготовки) за вычетом стоимости реализуемых отходов (стружки), отнесенная к одной детали (если в сравниваемых вариантах исходная заготовка одна и та же, то этот элемент технологической себестоимости из расчета можно исключить); Зполн.осн.раб — заработная плата основных производственных рабочих с доплатами и отчислениями на социальное страхование, отнесенная к одной детали (операции):
платы ос-
Зполн.осн.раб— 1,54Стар.мин^шт^ (30.2)
Зполн.осн.раб == 1,54 Стар.МИН^Ш.К j (30.2а)
Красх. содерж. обор — косвенные расходы на содержание и эксплуатацию оборудования, отнесенные к одной детали (операции). Размер этих расходов может быть принят по данным заводов в процентах заработной новных производственных рабочих:
Красх.содерж.обор-0,01 • Зполн.осн.рабХрасх.с.об
(^Срасх. с. об= 100...200% в зависимости от используемого оборудования).
Косвенные расходы на содержание и эксплуатацию
(30.3) сложности
215
оборудования могут быть рассчитаны также по статьям | этих расходов: ;
сил.э.э
4“ АпрСнал 4" Рреж.ин» (30.4)
В этой формуле Аст — амортизация станка (капитальный ремонт и полное восстановление):
Аст —Сст-^СбалАам^шт/(ФдбОКзагр);
1
(30.5)
Ррем. ст — расходы на текущий ремонт, осмотры и про- j верки станка: .
Ррем.ст — СетАбал^рем^шт/(Фд60/Сзагр)^ (30.6)
Ссил. э. э — стоимость силовой электрической энергии: •;
Ссил.э.э
уст^Смощ(/о/60)ЦкВт.чКПОТ,
(30.7)
Рреж. ин — расходы на режущий инструмент:
реж.ин = 130 S (Среж.ин^о/)/[^(Ппер+ 1)];
(30.8);
Апр — отчисления на амортизацию специальных приспособлений и расходы на их ремонт:
АПр = Спр.спец(2 4~ <Э)/Дгод; (30.9)
Снал — стоимость наладки оборудования плата наладчика):
(заработная
Снал — 1,54Стар.мин.нал^нал/^д’, (30.10)
Сизм. ин — расходы на специальные измерительные инструменты и приспособления (определяются так же, как расходы на режущие инструменты); ЦраСх— цеховые расходы на заработную плату с доплатами и отчислениями на социальное страхование всех работающих в цехе, кроме основных производственных рабочих: на стоимость освещения и отопления здания цеха, амортизацию здания, расходы на мероприятия по охране труда, рационализации и изобретательству:
Црасх.ц = 0,013 полн.осн.раб Арасх.ц, (30.11)
где /Срасх. ц=50...100%.
В формулах (30.1) — (30.11) приняты следующие условные обозначения: Со — стоимость исходной заготовки, коп.; Цотх— цена отходов по прейскуранту, коп/кг; тОтх — масса отходов, кг; Стар, мин —- тарифная минутная ставка, коп.: /шт и /Ш1К“ время штучное или штучно
216
калькуляционное, мин; Сст — стоимость станка, руб.; Квал — 1, 1 — коэффициент, учитывающий расходы на транспортировку и монтаж станка; Аам = 0,12...0,16— норма амортизации станка; Фд — действительный годовой фонд работы оборудования, ч (при двухсменной работе Фд=4015 ч); /Carp — коэффициент загрузки оборудования по времени; Z>peM==0,05 — норма отчисления на ремонт; Ауст — установленная мощность электродвигателей станка, кВт; /Смощ — коэффициент загрузки двигателей по мощности; t0 — основное технологическое время, мин; Цквтч — стоимость 1 кВт-ч силовой электроэнергии, коп.; Кпот — коэффициент, учитывающий потери в электросетях и двигателях; Среж. ин — стоимость режущего инструмента, руб.; Т — стойкость инструмента, мин; ппер — число переточек инструмента за весь период службы; Спр. спец — стоимость специального приспособления, руб.; г и д — нормы амортизации приспособления и затрат на их ремонт; Стар.мин. нал — тарифная минутная ставка наладчика, коп.; /Нал — время наладки, мин.
Экономическое обоснование принятого варианта технологического процесса (по укрупненным показателям)
Пример ЗОЛ. Участок механического цеха с мелкосерийным типом производства изготовляет корпусные детали среднего размера 20 наименований. Объем выпуска составляет 6000 деталей в год (по 300 шт. каждого наименования). Обработка ведется партиями по 25 шт. каждого наименования ежемесячно.
При проектировании технологического процесса механической обработки рассматривалось два варианта выполнения фрезерных, сверлильных и расточных работ. По I варианту для этих работ предусмотрено использование универсальных станков: продольно-фрезерного, двух радиально-сверлильных и трех горизонтально-расточных, а по II варианту — предусмотрено три многооперационных станка с ЧПУ типа «обрабатывающий центр» с использованием многостаночного обслуживания. Результаты технического нормирования и другие исходные данные приведены в табл. 30.1.
Требуется: экономически обосновать вариант технологического процесса; определить срок окупаемости капитальных затрат для оптимального варианта; определить критический годовой объем выпуска деталей; сравнить производительность труда при обоих вариантах.
217
Таблица 3011
Параметр I вариант II вариант
Тип станка обрабатывающий центр
продольнофрезерный радиальносверлильный горизонтально-расточный
Время штучнокалькуляционное ^ш.к» Я 0,55 1,07 1,62 1,57
Трудоемкость участка годовая, Туч.год» Я Число станков 3 300 1 3,24 6 420 19440 2 9 720 3 9 395 3
Цена и стоимость станков, руб. 31 530 6 6000 * 2 = = 12 000 20 800*2 + + 52 000 = = 94 400 78 200 + + 84 200 + + 85 120 = = 247 520
Количество станочников, чел. 2 137 930 4 6 2
Разряд станочников Часовая тарифная ставка Стар,час» РУб. Стоимость специальных приспособлений участка, руб. 4 0,67 390*20 = = 7 800 12 5 0,754 860•20 = = 17 200 6 0,863 2060*20 = = 21 200 6 0,863 700*20 = = 14 000
218
Таблица 30.2'
Параметр и формула для расчета I вариант II вариант
Стоимость основного материала Одина ковая
Зарплата основных производственных рабочих Заработная плата, руб., основных производственных рабочих с доплатами и отчислениями на социальное страхование: Зполн>осн.раб = (2,58) (0,65)
==х 1,54 2 ^тар.мин^ш.к Косвенные расходы на содержание и эксплуатацию оборудования (100—200% к заработной плате 3,98 1
основных производственных рабочих), руб. Накладные расходы цеховые (50—100% к основной заработной плате основных производственных 3,87 1,3
рабочих), руб. 2,58 0,65
Итог о... 10,43 2,99
Решение. 1. Определение технологической себестоимости по сравниваемым 'вариантам приведено в табл. 30.2. Из данных таблицы видно, что технологическая себестоимость II варианта процесса ниже на 7,44 руб.
2. Период окупаемости капитальных затрат по участку, год, определяется по формуле
. _ Кп-К/
ОК (Стх1-Стхц)Дгод ’
где Ki и Кп— капитальные затраты по I и II вариантам, включающие стоимости станков и специальных приспо-п . (247 520+ 14 000)
соблении. Для условии примера tQK= -—-44 Тббоо)—~~
(137 930 + 46 200) . гр
——L = 1,71. Такой короткий срок окупаемо-
сти вполне удовлетворителен.
3. Определение критического годового объема выпуска деталей на участке определяется по формуле
______ Спост.год.затрП Спост.год.затр! год.кр_~---------—--------- »
где С пост. год. затр сумма постоянных годовых затрат, руб., предусматривающая амортизацию станков, амортизацию и расходы на содержание и ремонт приспособлений, стоимость наладок
___ мх,м- т 11 мим- м,мм;
год.кр— ТМ~
(137 930 • 0,14 + 46 200 • 0,38) о ---------------=-77-------------— 410.
7,44
219
Второй, более капиталоемкий вариант, экономически выгоден, если годовой объем выпуска превышает 418 деталей.
4. Теперь надо сравнить производительность труда. Сначала используем формулу (11.9): Снв = (3,24 — - 1,53/3)- 100/3,24 = 83,85%.
Повышение производительности труда по II варианту определяем по формуле (11.10):
Рпр = 100 • 83,85/( 100 — 83,85)=519,2%.
Рост производительности труда более чем в шесть раз достигнут благодаря снижению в два раза норм времени по II варианту и применению многостаночного обслуживания трех станков с ЧПУ, что дает снижение еще в три раза.
Экономическое обоснование принятого варианта технологической операции (подробный расчет)
Пример 30.2. Разработаны два варианта технологической операции чернового точения, ступенчатого вала (см. пример 5.1) из стальной горячештампован-
Таблица 30.3
Исходные данные I вариант II вариант
Модель станка 16К20 1Н713
Цена станка, руб. 5100 6450
Количество станков 1 1
Штучное время /щт, мин — 6,1
Штучно-калькуляционное время мин 12,69 —
Основное технологическое время /0, мин 3,72 1,86
Разряд станочника 4 3
Установленная мощность электродвигателей Муст,-
кВт 10 17
Масса детали, тд, кг 19,4 19,4
Масса исходной заготовки т0, кг 23 23
Масса отходов тотх, кг 3,6 3,6
Стоимость исходной заготовки Со, руб. 6,25 6,25
Цена 1 кг отходов (стружки) Цотх, коп. 3,3 3,3
Стоимость отходов от одной заготовки, руб. 0,12 0,12
Стоимость основного материала См, руб. 6,13 6,13
Стоимость специальных приспособлений, руб. — 40
Время наладки /иал, мин — 70
Разряд наладчика 5
Размер партии, шт. 160 160
220
ной исходной заготовки (см. пример 5.3). По первому варианту точение производится на токарно-винторезном станке (см. пример 20.2), а по второму варианту точение осуществляется в две операции на многорезцово-копировальном полуавтомате (см. пример 23.4). Необходимые исходные данные взяты из указанных примеров и представлены в табл. 30.3.
Требуется определить экономически более выгодный вариант при годовом объеме выпуска Дгод=5000 деталей, установить срок окупаемости более капиталоемкого варианта и размер критического годового объема выпуска деталей.
Решение. 1. Определение экономически более выгодного варианта производится сравнением значений технологической себестоимости сравниваемых операций (табл. 30.4).
При изготовлении одной детали по II варианту экономится 14,82 коп.
Таблица 30.4
Элементы технологической себестоимости I вариант II вариант
Полная заработная плата основных производственных рабочих, включающая основную и дополнительную зарплату, и начисления на социальное страхование определяются по формулам (30.2) и (30.2а) 20,82 ' 9,49
Отчисления на амортизацию станка определяются по формуле (30.5) 5,56 3,38
Расходы на текущий ремонт, осмотры и проверки станка определяются по формуле (30.6) 1,74 1,06
Расходы на силовую электроэнергию определяются по формуле (30.7) 0,78 0,93
Расходы на режущие инструменты определяются по формуле (30.8) 1,6 4,3
Отчисления на амортизацию специальных приспособлений и расходы по их ремонту определяются по формуле (30.9) 0,56
Стоимость наладки оборудования (станка) определяется по формуле (30.10) 0,85
Итого косвенных расходов на одну деталь Цеховые накладные расходы определяются по 9,68 11,08
формуле (30.11) 9,49 4,6
Технологическая себестоимость 39,99 25,17
221
2. Срок окупаемости, год, более капиталоемкого второго варианта определяется по формуле
_ Ю0(Кп —Ki) _ 100(6450+40—5100) _ 1 q
Ток (С„|-СТХ|1)Дгод (39,99-25,17)-5000 ,У‘
3. Годовой критический объем выпуска деталей:
Дгод.кр
100(Кп—;К1)Аам 1501
(Стх1 Стх2)
Следовательно, при объеме выпуска более 1,5 тыс. деталей в год по производительности и по экономичности рентабелен второй вариант.
Задача 30.1. По результатам решения задач 20.2 и 23.4, сравнивая полученные данные, определить экономически более выгодный вариант обработки ступенчатого вала.
Глава IV
МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
$ 31. ОБРАБОТКА ВАЛОВ
Согласно единой классификационной системе детали общемашиностроительного назначения — тела вращения валы, оси, стержни, втулки и другие «длинные» детали с длиной больше двух диаметров (L>2d) входят в подклассы 40 1000 и 40 2000.
Детали этих подклассов широко используются в машиностроении. Они очень разнообразны по форме, размерам, точности, материалу, из которого они изготовлены, назначению и другим показателям.
Валы изготовляют из проката, штампованных или получаемых свободной ковкой поковок и другими способами. Заготовки в зависимости от требований к будущей готовой детали подвергают термической обработке — нормализации, улучшению.
Механическая обработка валов обычно проводится за несколько этапов — черновой, чистовой и окончательный (отделочный).
В ряде отраслей машиностроения имеются хорошо отработанные типовые планы технологических процессов обработки валов различного вида.
Ответственной частью проектирования технологического процесса механической обработки валов является разработка схемы базирования заготовки и выбор технологических баз. Чаще всего в качестве чистовой технологической базы удается использовать единую (постоянную) технологическую базу — два центровых отверстия. Для их образования целесообразно использовать подрезные центровально-обточные или фрезерно-центровальные полуавтоматы.
Выбор токарных и круглошлифовальных станков производится в зависимости от содержания и характера работ, от параметров вала, годового объема выпуска и ряда других показателей.
Совершенствование технологии обработки валов достигается концентрацией операций, сокращением их чис
223
ла и числа установов. В массовом производстве валы обрабатывают на автоматических линиях или с использованием токарных и круглошлифовальных полуавтоматов и автоматов, станков с ЦПУ и ЧПУ. Наиболее прогрессивным способом в серийном и единичном производстве является использование роботизированных технологических комплексов (РТК), оснащенных станками с ЧПУ и автоматическими манипуляторами (промышленными роботами).
Проектирование технологического процесса механической обработки ступенчатого вала
Пример 31.1. В условиях крупносерийного производства разрабатывается технологический процесс механической обработки пятиступенчатого вала (см. рис. 5.2) из стальной штампованной поковки (см. рис. 5.9).
Материал вала — сталь 45 твердостью HRC 30...35, масса — 19,4 кг.
Требуется разработать план технологического процесса механической обработки и подготовить исходные данные для проектирования станочных операций.
Решение. 1. Конструкторско-технологический анализ детали выполняется по рабочему чертежу детали и чертежу сборочной единицы, в которую входит рассматриваемая деталь.
Основной конструкторской базой будет сочетание следующих трех поверхностей: две цилиндрические поверхности вала 0 8066 (см. рис. 5.2) (шейки под шарикоподшипники) и торец между левой из этих шеек и поверхностью диаметром ЭОЛ 10, так как этот торец определяет положение вала в механизме в осевом направлении.
В соответствии с Общесоюзным классификатором промышленной и сельскохозяйственной продукции рассматриваемая деталь имеет код классификационных характеристик 40 1511, т. е. вал с L>2d с наружными поверхностями вращения, с двусторонними уступами, без наружной резьбы, без центрального отверстия, без дополнительных отверстий, пазов, лысок и граней на наружных поверхностях [9].
Некоторые диаметральные размеры вала соответствуют 7-му квалитету точности, а линейные размеры — 10-му, 11-му квалитетам точности — это дает основания считать вал точной деталью.
224
Шероховатость поверхности торцов вала 7?а1б и шероховатость большинства цилиндрических поверхностей /?а1,25 и /?а0,63 свидетельствует о высоких требованиях к качеству обработанных поверхностей.
Твердость вала HRC 30...35 должна быть достигнута улучшением (закалкой с последующим высокотемпературным отпуском). Так как сталь 45 с указанной твердостью можно обрабатывать лезвийными инструментами, то указанную термообработку целесообразно выполнять или до механической обработки (т. е. на исходной заготовке после штамповки), или после чернового этапа обработки.
Двустороннее расположение уступов у вала, отсутствие выемок, резьб, отверстий, а также фасонных поверхностей являются признаками технологичности детали, так как позволяют производить механическую обработку вала высокопроизводительными методами.
Высокая жесткость (L<I0dcp) тоже подтверждает технологичность вала и обеспечивает возможность вести его обработку на высоких режимах резания.
Наличие двух центровых отверстий позволяет иметь при обработке достаточно точную постоянную технологическую базу.
При обработке должно быть учтено наличие ряда технических требований по ограничению биения.
Габаритные размеры изделия — наибольший диаметр вала (^дтах = 90 мм) и общая длина вала (£общ= = 480 мм) — оказывают влияние на выбор оборудования (станка).
Значительная масса детали (тд=19,4 кг) и еще большая масса заготовки (то=23 кг) должны учитываться при оборудовании рабочих мест подъемными и подъемно-транспортными средствами, при установлении вспомогательного времени на установку и снятие заготовки.
Крупносерийный тип производства оказывает существенное влияние на характер проектируемого технологического процесса. При таком типе производства следует применять заготовки, по форме и размерам приближающиеся к детали, использовать прогрессивные методы обработки, высокопроизводительное оборудование и оснастку.
Выполненный конструкторско-технологический анализ детали позволяет сделать заключение, что рассматриваемый вал вполне технологичен.
225
2. Требуемый для каждой поверхности вид механической обработки зависит главным образом от точности ее размеров и формы, а также от шероховатости. Порядок обработки поверхности устанавливают с помощью таблиц, которые приводятся в технологических справочниках.
Так, крайние торцы нуждаются в однократном (или двукратном) точении. Качественная и производительная обработка их осуществляется на фрезерно-центровальном полуавтомате модели 2К942 или на новых центровально-подрезных обточных полуавтоматах. При £том оба торца получаются параллельными с малой шероховатостью, достаточно точно выдерживается размер длины вала и его ступеней, центровые отверстия по расположению и размерам получаются точными.
Торцы уступов, исходя из точности линейных размеров по 10-му квалитету и требований по шероховатости, должны обрабатываться двукратно подрезанием: начерно и начисто.
Все наружные цилиндрические поверхности нуждаются в двукратном точении, а те из ступеней, которые имеют высокую точность диаметрального размера и малую шероховатость, должны повергаться круглому шлифованию (табл. 31.1).
- 3. В качестве черновой технологической базы для первой механической операции (фрезерно-центровальной), в которой будет создаваться у заготовки чистовая технологическая база, должны быть приняты две наружные цилиндрические поверхности штампованной поковки, расположенные по концам вала и достаточные по длине для надежного закрепления на станке. Для осевой
Таблица 31.1
Вид обработки Ступени (слева направо по рис. 5.2)
1 2 3 4 5 6
Точить начерно Точить начисто Точить получисто под шлифование Шлифовать однократно Шлифовать предварительно Шлифовать (начисто) + 1 4- 1 ++ 1111 + + —1~- —J— +1 +I++ 4”
226
ориентации исходной заготовки используется одийиз ее торцов уступов, принимаемый за исходную базу при штамповке и соответствующий конструкторской базе детали.
В качестве чистовой технологической базы для операций, в которых будут обрабатываться поверхности вращения, будут использоваться два центровых отверстия.
В отдельных случаях в комплект баз будет входить также один из крайних торцов заготовки, расположенный при установке на станке слева. Это позволит
Таблица 31.2
№ операции Наименование и краткое содержание операции и принятые технологические базы (БТ) Наименование и модель станка
005 (рис. 31.1, а) 010 (рис. 31.1, б) 015 (рис. 31.1, в) 020 (рис. 31.1, г) 025 (рис. 31.1, д) 030 Фрезерно-центровальная. Фрезеровать и центровать торцы вала (поверхности 1, 2, 3, 4) с двух сторон окончательно одновременно. БТ черновая (см. п. 3) Автоматная токарная. Точить поверхности 1 и 2, и подрезать торец уступа 3 предварительно одновременно. БТ чистовая (см. п. 3) Автоматная токарная. Точить поверхности 1, 2, 3 и подрезать торцы уступов 4, 5, 6 предварительно одновременно. БТ чистовая (см. п. 3) Автоматная токарная. Точить поверхности 5, 4, 3, 2, 1 последовательно по копиру; подрезать торцы уступов 8, 10, 12 с образованием канавок 7,9, 11 и точить фаску 6 одновременно. БТ чистовая Автоматная токарная. Точить поверхность 3; подрезать торец уступа 1 с образованием канавки 2 и точить фаску 4 одновременно. БТ чистовая Круглошлифовалылая. Шлифо- Фрезерно-центровальный, 4-шпин-дельный полуавтомат 2К942 Токарный многорезцово-копировальный полуавтомат 1Н713 То же » Кругло-шли-
(рис. 31.1, е, ж) 035 (рис. 31.1, з, и) 040 вать поверхности 1, 2, 3, 4, 5 предварительно последовательно. БТ чистовая Круглошлифовальная. Шлифовать поверхности 1, 2, 3, 4, 5 окончательно последовательно. БТ чистовая Контроль окончательный фовальный полуавтомат, ЗМ151 То же
227
Рис. 31.1
правильно ориентировать заготовку в осевом направлении, при обработке на станках, работающих по автоматическому циклу (многорезцовые и копировальные полуавтоматы, станки с ЧПУ).
4. Устанавливаемый план технологического процесса должен быть оптимальным (наивыгоднейшим) по технико-экономическим показателям и в первую очередь по производительности, стоимости, качеству обработки и другим показателям. Принятый план технологического процесса механической обработки представлен в табл. 31.2 и на рис. 31.1.
228
Таблица 31.3
Наименование операционного припуска Величина припуска на диаметр на ступенях (см. табл. 31.1),
1; 4 2 3 5; 6
Точение предварительное 2П\ 5,1 5,0 4,5 5,0
Получистовое или чистовое точение 2/7г 1,2 0,35 1,2 1,2 1,2 0,45
Предварительное шлифование 2Пз — 0,4
Окончательное шлифование 2/74 0,15 — 0,1 0,15
Общий припуск на диаметр 2/70бщ (проверка) 6,8 6,2 6,2 6,8
5. Выбор операционных припусков для каждой поверхности производится по таблицам технологических справочников, а в особых случаях методом расчета их по формулам (см. примеры 7.2 и 7.3).
Например, для ступени 0 85р6 операционный припуск на диаметр принят по справочнику [15]: 277=0,5. Поскольку операция шлифования разделена на предварительное и чистовое шлифование, припуск нужно делить в отношении 1 : 3 или 1 : 2: принимаем 2/74=0,1 мм и 277з=0,4 мм. Припуск под чистовое точение 277г= = 1,2 [15].
Припуск на диаметр под черновое точение определен по формуле расчетом 2/71 = 2/7Общ— (277г + 2/7з + 2/74) = =6,2-(1,2 + 0,4 + 0,1)=4,5 мм.
Установленные таким образом операционные припуски на диаметр по всем ступеням вала приведены в табл. 31.3.
Операционный припуск на крайних торцах вала равен общему припуску и составляет на левом по рис. 5.2 торце величину /7Общ1=3 мм, а на противоположном торце 77обш2=3,6 мм. Весь припуск удаляется при фрезерно-центровальной операции.
Промежуточный припуск на торцах уступов на чистовое подрезание определяем по справочнику [15]: 772т = 1,2 мм; тогда припуск на черновое подрезание торцов уступов определяем расчетом.
6. Расчет промежуточных размеров нужен для оформления технологической документации, в частности для заполнения операционных карт и оформления операционных экскизов, в которых указываются размеры обрабатываемых поверхностей после каждого перехода,
229
Ki UJ © Параметр
1 и 4
Диаметр исходной заготовки под _ LM
соответствующую шейку do, мм QZ* ОТМ 00,0—0,7
Шероховатость Ra, мкм 63
Диаметр шейки детали dAi мм пл4- 0.021 oil-1-0.002
Шероховатость Ra, мкм 1,25
Общий припуск на диаметр 277ОбЩ, мм 6,8
Исходный расчетный размер dHCX, мм 80,021
Диаметр шейки после чистового шли-
фования ^4, мм Qn+0,021 oU-l-0,002
Шероховатость Ra, мкм 1,25
Припуск на диаметр на чистовое шли-
фование 2774, мм 0,15
Диаметр шейки после предварительного
шлифования d^ мм 80,17—0.054
Шероховатость Ra, мкм 2,5
Припуск на диаметр на предваритель-
ное шлифование 277з, мм 0,35
Диаметр шейки после вторичного то-
чения t/г, мм 8O,52_o,i4
Шероховатость Ra, мкм 5
Припуск на диаметр на вторичное то-
чение 277г, мм 1,18
Диаметр шейки после чернового точе-
ния di, мм 81 ,7—о.з5
Шероховатость Ra, мкм 20
Таблица 3L4
Номер шейки вала по рис. 5.2
2 3 5 6
96,2+$ 91,2±$ 86,8+$ 66,8+$
63 63 63 63
90-0,14 Сс + 0,059 00+0,037 8OZo;i74 дл+0,051 DU+0.032
1,25 1,25 0,63 1,25
6,2 6,2 6,8 6,8
90 85,059 79,9 60,051
— +0,059 ОЭ+0.037 8О~о’174 рл+0,051 09+0,032
1,25 0,63 1,25
—— 0,15 0,15 0,15
85,21 —о,о54 80,05—о,о54 60,2—0.046
2,5 2,5 2,5
— 0,35 0,35 0,35
ЭО-о.и 85,56-0,14 80,4—0,14 6О,55_ол4
5 5 5 5
1,2 1,24 1,3 1,25
91,2-0,35 86,8—0,35 81,7_0.з5 61,8—0.35
20 20 20 20
Таблица 31.5
Параметр Линейный параметр
Lt Д 2 L3 f /^5
Размеры длины на исходной заготовке LQii мм 447,2 367,2 247 126,81 39,4
Размер длины после подрезания (фрезерования) крайних торцов L£t, мм 443,6 367,2 247 126,8 36,4
Линейный размер длины готовой детали 440 360 240 120 40
Общий припуск на торцах уступов (на концах линейного размера) — мм 3,6 3,6+ 3,6 3,64-3,4 3,64-3,2 3,6
Припуск операционный на чистовое подрезание торца Л2, мм [15] 1,2 1,24-1,2 1,24-1,2 1,24-1,2 1,2
Линейные размеры заготовки после чернового подрезания торцов уступов Lu, мм 441,2 362,4 242,4 122,4 38,8
Припуск операционный на черновое подрезание торцов УСТУПОВ /71—(Лоб щ—/72), мм 2,4 2,4+ 2,4 2,4+ 2,2 2,4+ 2,0 2,4
установа или операции, а также шероховатость каждой обрабатываемой поверхности.
При расчете промежуточных размеров диаметров за исходный принимается наибольший предельный размер диаметра детали, к которому поочередно, в порядке, обратном ходу технологического процесса, добавляют промежуточные припуски (сначала 2/74, потом 2/7з и 2Л2). Более подробно этот вопрос представлен в примерах 7.3 и 7.4, а результаты для нашего примера представлены в табл. 31.4.
Расчет промежуточных линейных размеров длин в принципе ведется аналогично.
Торцы уступов вала обрабатываются в нашем случае дважды — подрезанием начерно и подрезанием начисто. Общие припуски на механическую обработку торцов уступов (Побщ) установлены при проектировании поковки штампованной. Общие припуски составляют 3,6; 3,4; 3,2 и 3 мм в зависимости от величины линейного размера, в который входит рассматриваемый припуск. Расчет линейных размеров заготовки и промежуточных
231
припусков на двукратную обработку торцов уступов представлен в табл. 31.5.
Точность линейных размеров после чернового подрезания торцов — по 12-му квалитету, после чистового подрезания — по 10... 11-му квалитетам. Соответственно шероховатость торцов после чернового подрезания — /?а 20 мкм, а после чистового — Ra 10 мкм.
7. Операционные эскизы выполняются на каждую операцию, а если в операции несколько установов, то число эскизов равно числу установов (рис. 31.1). Операционные эскизы, представленные в технологической последовательности, дают возможность хорошо уяснить ход технологического процесса, в котором постепенно происходит превращение исходной заготовки в готовую деталь.
Подобное расположение операционных эскизов методически оправдано и очень полезно при анализе действующих и при разработке новых технологических процессов, особенно во время курсового и дипломного проектирования.
8. Целью подробной разработки станочных операций является получение всех данных для оформления операционной карты механической обработки. При проектировании в учебных целях этот этап работы отражается также в пояснительной записке к проекту.
Подробное проектирование различных токарных, круглошлифовальных операций для рассматриваемого вала приведены в § 20; 23.
Задача 31 Л. Многоступенчатый вал (см. задачи 5.1 и 5.3) изготовляется в условиях крупносерийного производства из горячештампованной объемной стальной поковки.
Требуется: выполнить конструкторско-технологический анализ детали; разработать план технологического процесса механической обработки; выбрать оборудование для каждой операции; выбрать технологические базы и выполнить операционные эскизы для соответствующих вариантов.
§ 32. ОБРАБОТКА ДИСКООБРАЗНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Дискообразные детали относятся к классу 40 — телам вращения, длина которых меньше двух диаметров (L<2d) [9]. В зависимости от конфигурации они относятся к подклассам 40 3000; 40 4000 и 40 5000. К та
232
ким деталям относятся втулки, диски, кольца, фланцы, шкивы, катушки и др.
На деталях этих подклассов обрабатывают наружные поверхности вращения, центральное отверстие разной формы, торцы и другие конструктивные элементы (пазы, лыски, резьба и др.)» а у некоторых деталей обрабатываются также поверхности обода и ступицы. Некоторые детали требуется уравновешивать, поэтому в конце обработки предусматривается контрольно-механическая операция по обнаружению дисбаланса и его устранению.
Исходными заготовками для изготовления этих деталей могут быть прокат, отливки и кузнечные поковки.
Технологическими базами чаще всего бывают наружные поверхности вращения или центральное отверстие, если его размеры обеспечивают прочность, жесткость и надежность базирования и закрепления на оправке.
План технологического процесса механической обработки дисковых деталей средних размеров с относительно большим отверстием в условиях серийного производства начинается со сверлильной операции, затем проводится протягивание и далее — токарные копировальные или многорезцовые операции с базированием по отверстию. Детали с относительно малым отверстием обрабатываются на токарно-револьверных станках или полуавтоматах, а при сложной конфигурации отверстия и при необходимости обрабатывать внутренний контур целесообразно применять токарные станки с ЧПУ, оснащенные многоинструментной головкой. При значительных объемах выпуска следует применять многошпиндельные токарные полуавтоматы позиционного принципа действия.
Пример 32.1. Для изготовления шкива клиноременной передачи (рис. 32.1) требуется разработать план технологического процесса механической обработки.
Деталь изготовляется из чугунной отливки II класса точности.
Решение. 1. Рассматриваемая деталь — тело вращения с длиной меньше диаметра, со ступенчатой наружной цилиндрической поверхностью, где имеются канавки под клиновые ремни, с кольцевыми выемками на торцах. Деталь имеет центральное сквозное гладкое отверстие, у нее нет резьбы и других конструктивных элементов: код детали 40 5345 ‘[9].
Конфигурация заготовки не позволяет произвести
233
5Z 116
73
Рис. 32.1
механическую обработку всех поверхностей с одного установа, так как нет достаточной по размерам необрабатываемой поверхности, за которую можно было бы закрепить заготовку кулачками патрона. Требование точного взаимного расположения отверстия и закрытых уступов под ремни обязывает вести окончательную обработку этих поверхностей с одного установа или при чистовой обработке уступов под ремни принять за технологическую базу обработанное начисто отвер-ствие. Наличие у детали значительных необрабатываемых поверхностей требует введения контрольномеханической операции статического балансирования.
2. Как один из возможных вариантов можно принять план технологического процесса, по которому механическую обработку проводят
на револьверных станках, последовательно обрабатывая заготовку с двух сторон начерно (I и II операции), обрабатывая с двух сторон торцы уступов и предварительно канавки (III и IV операции). Одновременно в I, II и III операциях последовательно ведется обработка отверстия: зенкерование черновое и снятие фаски, зенкерование получистовое под развертывание и снятие фаски, развертывание предварительное и окончательное.
План технологического процесса:
операция ООО: литье, термообработка, очистка исходной заготовки;
операция 005 (токарно-револьверная): подрезать меньший торец и обточить наружные поверхности (среднюю и меньшую) с образованием .торцов уступов и зенкеровать отверстие до 0 22,57712 предварительно (рис. 32.2, а);
операция 010 (токарно-револьверная): подрезать больший торец и обточить большую ступень предварительно, зенкеровать отверстие до 0 24,7/710 под развертывание и точить фаску (рис. 32.2,6);
операция 015 (токарно-револьверная): подрезать
234
Рис. 32.2
торцы уступов и обточить среднюю и меньшую ступени окончательно, проточить две канавки предварительно, точить фаску и развернуть отверстие предварительно и окончательно (рис. 32.2,в);
операция 020 (токарная): проточить канавку предварительно (рис. 32.2, г);
операция 025 (токарная): проточить три канавки окончательно, используя в качестве технологической базы отверстие и один из торцов ступицы с установкой на центровой оправке с закреплением по торцам (рис. 32.2, д);
операция 030 (балансировочная): обнаружить дисбаланс и устранить его;
операция 035: контроль окончательный.
3. Как следует из анализа, деталь недостаточно технологична и поэтому процесс обработки оказался многооперационным, что не способствует получению высокой точности и производительности. Поэтому целесообразно совместно с конструктором повысить показатели технологичности детали. Например, удлинение ступицы со стороны большего диаметра позволило бы, закрепив ее в патроне, вести обработку большинства поверхностей последовательно с одного установи
235
№ варианта I II
№ операции ООО 005
№ варианта I II
Шкив по ГОСТ 2088< )—75
Расчетный диаметр 90
Число канавок 2 4
Сечение ремня А О
Тип производства Еди- Се-
нич- рий-
ное ное
Таблица 32.1
ш IV V VI
010 015 020 025
VII VIII IX X
030 035 005 010
Таблица 32.2
III IV V VI
20891 .—75 2089с 1—75
100 180
4 2 3 7
А А А Б
Мел- Круп- Круп- Еди'
косе- носе- носе- нич-
рий- рий- рий- ное
ное ное ное
VII VIII IX X
20895 —75 2089/ г—75
400 224
2 3 2 3
Б В О А
Еди- Се- Мел- Круп-
нич- рий- косе- носе-
ное ное рий- рий-
ное ное
сначала предварительно, а затем окончательно на револьверном станке, а еще лучше на станке с ЧПУ.
Упражнение 32.1. По разработанному в примере 32.1 плану технологического процесса разработать одну из указанных в п. 2 операций, указав в решении наименование операции, ее содержание и структуру; обосновать выбор технологических баз; выбрать станок и технологическую оснастку; записать содержание операции по переходам (варианты — в табл. 32.1).
Задача 32.1. Разработать план технологического процесса механической обработки стандартного чугунного шкива (варианты — в табл. 32.2).
§ 33. ОБРАБОТКА КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
К корпусным деталям относятся корпуса (или их части) механизмов и подобные им коробчатые детали. Корпуса необходимы для размещения, координирования в пространстве и кинематической связи деталей
и узлов, монтируемых в них.
Корпусные детали по Общесоюзному классификатору промышленной и сельскохозяйственной продукции [9 относятся к классу 50 и, в частности, к подклассу 50 1000.
Корпуса механизмов бывают цельные и разъемные, с установочной поверхностью или без нее, с различной формой наружных поверхностей, с одним или несколькими базовыми отверстиями для монтажа узлов и деталей механизма.
Исходными заготовками корпусных деталей обычно являются отливки из чугуна, стали и цветных сплавов
или сварные конструкции.
У корпусов обрабатывают установочные плоскости, плоскости разъема, одно или несколько базовых отверстий, большое число мелких гладких или резьбовых отверстий.
К корпусным деталям обычно предъявляются высокие требования по точности размеров и формы отдельных поверхностей, их шероховатости, а также по точности их взаимного расположения. Корпусные детали должны быть технологичными (см. § 6).
Важное место при проектировании процесса обработки занимают вопросы выбора баз и разработки схемы базирования. Для корпусов, имеющих в качестве конструкторской базы плоскость, технологической единой базой целесообразно принимать эту же плоскость и два
237
отверстия в ней для правильной угловой ориентации заготовки в приспособлениях. Такое базирование носит название «обработка от плоскости». При наличии базового отверстия можно его принимать за технологическую базу и вести всю обработку по принципу «обработки от отверстия».
Механическая обработка исходных заготовок, прошедших термообработку и сопутствующие ей операции (очистку, окраску, контроль и др.), начинается с обработки поверхностей, принятых за единую технологическую базу. Дальнейшую обработку ведут по этапам: сначала все черновые операции, затем получистовые, чистовые и отделочные.
В условиях серийного производства даже при незначительном объеме выпуска мелких и средних корпусов целесообразно использовать многооперационные (многоцелевые) станки с ЧПУ с магазином инструментов и с поворотным столом. Обработка корпуса на них ведется с одного установи большим числом инструментов по индивидуальной программе.
Разработка плана технологического процесса механической обработки корпуса
Пример 33.1. Проводится технологическая подготовка серийного производства корпуса цилиндрического редуктора (рис. 33.1).
Исходные данные. Характеристика корпуса: корпус разъемный, состоит из двух частей — нижней (рис. 33.1, а) и верхней (рис. 33.1,6), установочная поверхность — плоская и параллельная плоскости разъема; оси нескольких сквозных точных отверстий расположены параллельно установочной плоскости; код классификационной характеристики 50 1614.
Исходная заготовка — отливка II класса точности из чугуна СЧ15.
Решение. 1. Габаритные размеры корпуса и его частей достаточно велики. Значительна и масса корпуса. Точность размеров базовых отверстий высокая (6-й квалитет), шероховатость 7?а=1,25 мкм. Точность межцентг ровых расстояний ±0,1 мм.
Основной конструкторской базой является установочная плоскость, которая может быть использована в качестве одной из поверхностей для создания единой технологической чистовой базы.
238
Рис. 33.1
Взаимное положение плоскостей основания и разъема, плоскости основания и точных отверстий облегчает механическую обработку и позволяет считать детали корпуса вполне технологичными. Это подтверждается выбором исходной заготовки — отливки из материала с хорошей обрабатываемостью резанием.
Поскольку рассматриваемый корпус разъемный и состоит из двух главных деталей, устанавливаем, что должно быть разработано три технологических процесса: два — по обработке каждой части корпуса раздельно и третий технологический процесс — по обработке корпуса в сборе.
2. Для технологического процесса механической обработки нижней части корпуса чистовой технологической базой целесообразно выбрать плоскость основания детали (она же конструкторская база) и образовать в ней два отверстия под пальцы. Для процесса механической обработки крышки в качестве технологической чистовой базы полезно использовать плоскость разъема, которая для этой детали является также конструкторской базой.
239
Обе технологические базы будут многократно использоваться, т. е. выбранные технологические базы вполне соответствуют известным принципам постоянства (единства) и совмещения баз.
3. Учитывая конфигурацию корпуса и его частей и особенно наличие установочной плоскости основания, рационально принять вариант «обработки от плоскости».
4. Плоскость основания нижнего корпуса нуждается в двукратной обработке (начерно и начисто); ее можно подвергнуть и однократной обработке, если обеспечено получение достаточно чистой и точной плоскости.
Плоскости разъема должны обрабатываться начерно и начисто, причем должна быть обеспечена достаточная точность формы этих поверхностей.
Точные базовые отверстия должны обрабатываться начерно, получисто и начисто для достижения точных размеров и формы, заданной шероховатости и выполнения технических требований по точности взаимного расположения их друг относительно друга и относительно плоскости.
5. Последовательность основных операций по обработке нижней части корпуса может быть принята такая:
1) обработка установочной плоскости основания фрезерованием или строганием. Ее можно вести на продольно-фрезерном, крупном вертикально-фрезерном или продольно-строгальном станке;
2) сверление и развертывание двух базовых отверстий в плоскости основания под установочные пальцы приспособления. Для этого используется, радиально-сверлильный станок с накладным кондуктором;
3) обработка плоскости разъема и плоскостей торцов у базовых отверстий начерно;
4) обработка плоскостей разъема и торцовых плоскостей базовых отверстий начисто;
5) сверление, зенкерование, развертывание мелких отверстий. Работы ведут на радиально-сверлильном станке с зеркальными, накладными или поворотными кондукторами, позволяющими обработать деталь с разных сторон; инструменты закрепляют в шпинделе с помощью быстросменного патрона.
6. План обработки крышки принципиально не отличается от плана процесса обработки нижней половины корпуса, но так как у крышки отсутствует установочная плоскость, то обработку начинают с плоскости разъема.
7. Технологический процесс механической обработки
240
корпуса в сборе начинается со сборки узла и содержит следующие механические операции:
1) сверление и развертывание двух точных отверстий для установки штифтов и клеймение половин корпуса;
2) расточка и развертывание базовых отверстий последовательно начерно. Обработку ведут на горизонтально-расточных станках с теми же установочными базами, что использовались при обработке нижней половины корпуса; -
3) обработка торцовых плоскостей базовых отверстий начисто на продольно-строгальных, продольно-фрезерных или крупных горизонтально-фрезерных станках;
4) обработка резьбовых отверстий на радиальносверлильных станках с помощью накладных или поворотных кондукторов;
5) расточка базовых отверстий на горизонтальнорасточных станках начисто;
6) окончательный контроль. Эта операция при обработке корпусных деталей является особенно сложной, ответственной и должна разрабатываться с особой тщательностью [15].
8. Выше изложен традиционный план обработки корпуса. При наличии современного оборудования имеется возможность применить методы прогрессивной технологии и в значительной мере усовершенствовать и даже автоматизировать этот процесс. Так, даже при малом объеме выпуска следует применять вертикально-сверлильные и многооперационные станки с ЧПУ.
Таблица 33.1
№ варианта Операция
I Обработать установочную плоскость
П Сверлить и развернуть базовые отверстия в пло-скости основания
III Обработать плоскость разъема и плоскости торцов начерно
IV То же, начисто
V Сверлить, зенкеровать и развернуть мелкие отверстия
VI Обработать плоскость разъема крышки
VII Сверлить и развернуть отверстия под штифты
VIII Расточить и развернуть базовые отверстия начерно
IX Обработать торцовые плоскости базовых отверстий начисто
X Обработать резьбовые отверстия
9—961
241
При значительном объеме выпуска следует предусматривать использование новых видов высокопроизводительного оборудования — многошпиндельных продольно-фрезерных станков, агрегатных сверлильно-расточных станков, а в крупносерийном и массовом производствах — автоматических линий.
Упражнение 33.1. В соответствии с вышеприведенным планом разработать операцию (варианты указаны в табл. 33.1), отразив в решении: наименование, содержание и структуру операции; выбор технологической базы; выбор и обоснование типа и модели станка; выбор технологической оснастки; выполнить операционный эскиз; рассмотреть пути и средства совершенствования операции.
§ 34. ОБРАБОТКА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Зубчатые колеса очень разнообразны по форме, размерам, точности и по другим параметрам и показателям. Будучи деталями общемашиностроительного применения, зубчатые колеса вошли в класс 40 (тела вращения) и составляют в нем подклассы 40 6000 и 40 7000.
Технологический процесс механической обработки зубчатых колес определяется следующими главными факторами: конструкцией и размерами колеса, точностью и качеством поверхностей, годовым объемом выпуска, видом исходной заготовки.
Непрерывно расширяющееся производство и повышение требований к качеству зубчатых колес стимулируют совершенствование технологии изготовления заготовок, их механической и термической обработки, автоматизацию всех этих процессов.
В качестве исходных заготовок для изготовления зубчатых колес используют прокат, поковки и отливки. В целом ряде случаев используются исходные заготовки с зубьями, накатанными в холодном или горячем состоянии, образованные горячей или холодной штамповкой или при литье.
Как указывалось выше, механическая обработка зубчатых колес проводится в два этапа. На первом этапе осуществляются операции по образованию самого колеса, а на втором — операции по образованию и отделке зубьев.
На первом этапе при изготовлении колес малых размеров (диаметром до 70 мм) из проката в серийном 242
производстве применяют токарно-револьверные станки, а в массовом — токарные прутковые одношпиндельные и многошпиндельные автоматы. При изготовлении колес средних размеров (диаметром 100...300 мм) используют штучные заготовки из проката или штампованные поковки.
Обработка может начинаться сверлением или рассверливанием отверстия, затем следует операция протягивания его и далее — операция чернового точения.
При другом варианте механическая обработка начинается с токарной черновой обработки заготовки с образованием отверстия и, если нужно, вытачивания выемок последовательно с двух сторон. После этого при необходимости выполняется протягивание.
Дальнейшая обработка заготовок осуществляется по единому плану и отличается лишь видом применяемого оборудования и степенью автоматизации процесса. Порядок этой работы таков: точение поверхностей начисто с базированием по отверстию, шлифование базового торца, нарезание зубьев, шевингование их, закругление торцов зубьев, термическая обработка, восстановление отверстия шлифованием или калиброванием, отделка зубьев, испытание и окончательный контроль.
В современной технологии машиностроения применяется много прогрессивных и высокопроизводительных способов обработки зубьев: зубофрезерование остроза-точенными червячными фрезами, скоростное зубофрезерование по методу деления, зуботочение, зубодолбление и зубопротягивание, диагональное шевингование, зубо-шлифование абразивным червяком, зубохонингование и др.
Имеются варианты типовых технологических процессов изготовления различных типов зубчатых колес [2; 6]. Освоено производство зубчатых колес на автоматических линиях. На них выполняется или полная обработка зубчатого колеса или только зубообрабатывающие операции. Есть линии для одновенцовых и двухвенцовых колес; линии могут легко переналаживаться на обработку колес с другими параметрами, что делает их приемлемыми в серийном производстве.
9* ♦
243
Разработка плана технологического процесса изготовления зубчатого колеса
Пример 34.1. Проводятся подготовительные работы по проектированию технологического процесса механической обработки одновенцового зубчатого колеса с прямыми зубьями (см. пример 26.1).
Требуется разработать план технологического процесса механической обработки, отразив в решении выбор вида заготовки, установление последовательности обработки, краткое содержание операций механической обработки с указанием типа используемого оборудования.
Решение. 1. Учитывая тип производства, считаем, что в технологическом процессе должны быть использованы специализированные и высокопроизводительные станки с высокой степенью автоматизации. Сочетание этих станков с автоматической транспортировкой заготовок, например промышленными роботами, позволит организовать производство с высокими технико-экономическими показателями.
2. Исходя из конфигурации зубчатого колеса и типа производства, заготовкой должна быть штампованная поковка, изготовляемая на кривошипном ковочно-штамповочном прессе в закрытых штампах.
3. План технологического процесса механической обработки зубчатого колеса по основным операциям для заданных условий представлен в табл. 34.1.
Таблица 34.1
№ операции Наименование операции Содержание Оборудование
005 Автоматная токарная Точить поверхности наружного контура со стороны канавки и зенкеровать отверстие предварительно Токарно-многорезцовый автомат
010 Автоматная токарная Точить наружный контур и расточить отверстие с другой стороны предварительно и окончательно То же
015 Вертикально-протяжная Протянуть отверстие и шлицы Вертикально-протяжный автомат
244
№ операции Наименование операции Содержание Оборудование
020 Автоматная токарная Точить наружный контур окончательно Токарно-многорезцовый автомат
025 Контрольная Промежуточный контроль ——
030 Зубофрезерная Фрезеровать зубья Зубофрезерный одно- или двух шпиндельный автомат или зубодолбежный станок
035 Зубозакругляющая Закруглить зубья с одной стороны Зубозакругляющий автомат
040 Зубозакругляющая Закруглить зубья с другой стороны То же
045 Зачистная Зачистить заусенцы Автомат для зачистки заусенцев и мойки
050 Зубошевин-говальная Шевинговать зубья Зубошевинговаль-ный автомат
055 Моечная Промыть детали Моечный агрегат
060 Контрольная Промежуточный контроль —
065 Термообработка —
070 Калибровочная Калибровать шлицы Калибровочный автомат
075 Зубообкатная Обкатать зубья Зубообкатный автомат
080 Шлифовальная Шлифовать отверстие предварительно Вертикальный внутришлифовальный автомат
085 Шлифовать отверстие окончательно То же
090 Моечная Промыть детали Моечный агрегат
095 Контрольная Окончательный контроль
100 Испытание на шум —— 11
Таблица 34.2
№ варианта I II III IV V VI VII VIII IX X
№ операции по табл. 34.1 005 010 015 020 030 035 050 075 080 100
245
Упражнение 34.1. В решении примера 34.1 представлен план технологического процесса механической обработки зубчатого колеса (рис. 26.1) из объемной штампованной поковки.
Требуется: произвести разработку заданной
операции (для вариантов в табл. 34.2), выполнив операционный эскиз, на котором выделить обрабатываемые поверхности и технологические базы и схему наладки, поясняющую операцию; изложить цель операции и содержание ее по переходам.
Глава V ТЕХНОЛОГИЯ СБОРКИ МАШИН
$ 35. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА СБОРКИ
Сборка — часть технологического процесса изготовления изделия, которая состоит из работ по соединению отдельных деталей в сборочные единицы и из них — готовых изделий, соответствующих своему назначению. В технологический процесс сборки включаются также работы по регулированию, наладке и испытанию изделия. Трудоемкость сборочных работ составляет в массовом производстве до 20%, в крупносерийном — 20...25%, в серийном — 30...35%, в мелкосерийном — 40...50% от трудоемкости механической обработки.
По форме организации сборка бывает стационарной и подвижной. При более прогрессивной подвижной сборке изделие в процессе сборки перемещается от одного рабочего места к другому и на каждом рабочем месте выполняется постоянно одна и та же операция одним рабочим или бригадой. Подвижная сборка характерна для крупносерийного и массового типовпроизводства. Дифференциация работ на ряд мелких операций оказывается высокопроизводительным и прогрессивным процессом.
В современном производстве все большее место занимает автоматическая сборка, при которой операции сборки, контроля, окраски, сушки производятся без непосредственного участия человека. При автоматической сборке используются сборочные автоматы, в конструкцию которых входят бункерно-ориентирующие устройства, накопители, устройства для скрепления собираемых деталей и контроля качества их соединения.
Автоматическая сборка, как правило, выполняется по принципу полной взаимозаменяемости, а следовательно, соединяемые детали должны быть изготовлены с малыми допусками.
Для сборки несложных сборочных единиц, а также для покрасочных и других, вредных для человека, работ, для транспортирования изделий, установки и снятия
247
заготовок могут использоваться промышленные роботы, представляющие собой универсальные автоматы с большим числом (до 10) степеней подвижности рабочего органа и управляемые по программе.
При проектировании поточных линий сборки возникает необходимость определения такта выпуска изделий с линии. Такт выпуска изделий (мин) определяется по формуле
7'в = бОФд.г/ДиЗД.Г, (35.1)
где Фд.г — действительный годовой фонд времени работы сборочного конвейера с учетом заданной сменности (при двухсменной работе и с учетом времени на ремонт оборудования Фд.г=4008 ч); ДИзд.г — годовой объем выпуска.
Число сборочных мест определяется по формуле
Мсб = Тсб.пр/(ТвРеР), (35.2)
где Тсб.пр — трудоемкость сборочного процесса, мин; РСр= 1,2...1,8 — средняя плотность работы (число рабочих на одном рабочем месте).
Общее число сборочных мест с учетом контрольных (Мк) и резервных мест (МР) составит
Мс6.обЩ=Мсв + Мк + Мр. (35.3)
Скорость движения конвейера при непрерывном его движении равна
v = l/TB. (35.4)
Здесь I — расстояние между осями двух смежных .собираемых объектов, т. е. шаг рабочих мест или станций сборочного конвейера:
/ = /и + /пр, (35.5)
где /я— длина собираемого объекта или длина сборочного места (станции); 1пр=0,3...1 — расстояние между объектами сборки или между рабочими местами (станциями), м. Рабочая длина поточной сборочной линии (конвейера) определяется так:
1кона 1Мсб.общ* (35.6)
При решении ряда технологических вопросов, связанных со сборкой машин и механизмов, возникает необходимость решения задач по определению отдельных параметров плоских размерных цепей.
248
Достижение заданной точности замыкающего звена достигается за счет полной взаимозаменяемости, неполной взаимозаменяемости, групповой взаимозаменяемости, пригонки и регулирования.
В технологической практике чаще встречаются задачи, в которых по установленным номинальным размерам, допускам и предельным отклонениям составляющих звеньев определяют номинальный размер, допуск и предельное отклонение замыкающего звена («обратная задача»).
Последовательность решения обратной задачи методом полной взаимозаменяемости такова: 1) рассматривая сборочный чертеж или технологическую схему, выделяют размерную цепь со всеми ее звеньями и выделяют замыкающее звено, а остальные звенья разбивают на увеличивающие и уменьшающие; 2) составляют уравнение размерной цепи и определяют номинальный размер замыкающего звена по уравнению
2Дум, (35.7)
где тип — число увеличивающих и уменьшающих звеньев соответственно; 3) рассчитывают среднее отклонение поля допуска замыкающего звена
Acs У, Лс.ув== У Ас.ум, (35.8)
т п
где Дс.ув и Ас.ум — средние отклонения полей допусков увеличивающих и уменьшающих звеньев соответственно; 4) рассчитывают поле допуска замыкающего звена по формуле
7\= S Т,, (35.9)
где Ti — допуск каждого составляющего звена; 5) определяют предельные отклонения: верхнее ASy и нижнее Д72 и предельные размеры замыкающего звена: наибольший Дхтах и наименьший-ДхтШ:
AS2=Ac2 + 0,57'2; (35.10)
д/2=Дс2-0,57'2; (35.11)
Лхтвх== Л2 + A Ss; (35.12)
4xmln=^s + A/s- (35.13)
сборка деталей машин, осуществляемая по посадкам с предназначается для осуществления непо
249
движных соединений без дополнительных средств крепления. Этот способ соединения деталей обладает рядом достоинств (простота конструкции деталей и сборки, высокая точность центрирования и др.) и поэтому широко распространен в машиностроении.
Имеется два основных способа сборки деталей при посадке с натягом: 1) продольная запрессовка — сборка осуществляется при нормальной температуре с помощью пресса (сборка под прессом); 2) поперечная запрессовка, или «способ термических деформаций», — сборка осуществляется при предварительном нагреве охватывающей детали («отверстия») или охлаждения охватываемой детали («вала»).
В задачи технолога при разработке и реализации операции продольной запрессовки входит определение необходимой максимальной силы пресса. Она определяется по формуле
F п ===^пРтахЛб/н.сЛ (35.14)
где fn=(l,15...1,2)f — коэффициент трения при запрессовке (при соединении стальных деталей f=0,06...0,13, при соединении деталей чугуна f=0,07...0,12’и др. [7]); I — длина контактной поверхности соединения, м; ртах — давление на контактных поверхностях сопрягаемых деталей при максимальном натяге N-mBX, мм, выражается в Па по формуле
Рт.х= ,. (35.15)
d„c(Ci/£i + Сг/Яг)
уш — поправка, учитывающая смятие шероховатостей контактных поверхностей деталей при их соединении, определяется через параметры шероховатости поверхностей отверстия и вала:
•рш=1,2(Я2о + Яг</); уш = 5(Яад4-Яа1/); (35.16)
</н.с — номинальный диаметр соединения, мм; Ci и С2 — коэффициенты Ляме, соответственно для охватываемой («вал») и охватывающей («отверстие») поверхностей:
= + (35.17)
ин.с — U| U2—ин.с
di — диаметр отверстия в охватываемой («вале») детали (при di=0, т. е. в сплошном вале, получаем С| =1—pi); d2 — наружный диаметр охватывающей (втулки, корпуса) детали (при массивном корпусе, когда d2-»-co полу
250
чаем Сг= 1 + Ц2); gi и цг — соответственно коэффициенты Пуассона материалов деталей «вала» и «отверстия» (для стальных деталей у.=0,3, для чугунных ц=0,25; для бронзовых ц=0,35; дЛя латунных ц=0,38; Е\ иЕ2— модули упругости, Па, материалов соответственно деталей «вала» и «отверстия» (для стали Е= (1,96...2) X X Ю11 Па, для чугунного литья Е= (0,74...1,05) • 10“ Па; для бронзы £ = 0,84' 10“ Па; для латуни £=0,78Х ХЮ“ Па).
В задачи технолога при проектировании операции сборки поперечной запрессовкой входит определение температуры нагрева охватывающей детали («отверстия») или температуры охлаждения охватываемой детали («вала»):
to — [(АГmax -f- Sc6)/(ad)] -f- fcfij (35.18)
td=tc6—(Afmax 4* Sc6)/(ttd), (35.19)
где A/max — наибольший натяг соединения, мм; See — минимально необходимый зазор при сборке, мм, принимаемый равным зазору в посадке Z/7/g6; а — температурный коэффициент линейного расширения материала детали (для алюминия а = (23,9...26,5) • 10~6К~'; для бронзы а= (17,6...18,2) • 10-6 К-1; для латуни (17...21)Х ХЮ"6 К-1; для стали а= (11,5... 12) • 10~® К~Ч d — номинальный диаметр соединения, мм; /сб — температура в помещении сборки, °C. Нагрев можно осуществлять в кипящей воде (1d^100°C), масляной ванне (/о^ПО... 130°С), газовыми горелками, в нагревательных шкафах и печах, в индукционных печах с нагревом ТВЧ и др.
Для охлаждения охватываемой детали можно применять твердый диоксид углерода (Л/= —79°С), его смесь со спиртом (£rf= —100°С), жидкий азот (td = — 196°С). Применяется также комбинированный способ одновременного температурного воздействия на обе детали соединения.
Определение основных параметров сборочного конвейера
Пример 35.1. Годовой объем выпуска изделий сборочным участком Дгод= 100 000 шт.; трудоемкость сборки одного изделия Тс«= 20 мин; длина собираемого изделия /и=0,5 м; режим работы сборочного участка двухсменный; на конвейере производится сборка изделия
251
н две контрольные операции; расстояние между изделиями /Пр= 1 М.
Требуется определить такт сборки, количество сборочных мест на конвейере, длину конвейера и скорость его движения.
Решение 1. Определение такта выпуска изделий с линии сборки (с конвейера) ведем по формуле (35.1): Тв = 4008X60/100 000=2,4 мин.
2. Число сборочных мест находим по формуле (35.2):
МСб.м = 20/(2,4-1,2)=6,9
(принимаем МСб.м = 7).
3. Определение общего числа мест конвейера по формуле (35.3) равно
Мсбобщ = 7 + 2 + 3=12.
4. Определение длины конвейера производим по формуле (35.6):
/конВ== 12(0,5+1)= 18 м.
5. Скорость движения конвейера по формуле (35.4) равна
vK0HB= 1,5/2,4 = 0,625 м/мин.
Задача 35.1. Сборка заданного изделия производится на конвейере (варианты режима работы указаны в табл. 35.1).
Требуется определить такт сборки, количество сборочных мест на конвейере, длину конвейера и скорость его движения.
Таблица 35.1
№ варианта Годовой объем выпуска Дгод> ТЫС. ШТ. Трудоемкость сборки Тсб, мин Число смен Число контрольных мест Мкомт Длина изделия м Расстояние между изделиями /пр> М
I, VI 200 10,8 2 3 0,6 1,о
II, VII 400 8,9 3 4 0,8 1,0
III, VIII 50 42,7 1 1 1,3 0,8
IV, IX 175 95 2 3 0,3 1,0
V, X 75 48,5 2 2 1.1 0,7
252
Пример 35.2. В сборочной единице промежуточного вала редуктора (рис. 35.1), состоящей из шестерни 1, корпуса 2, кольца 3 и вала 4, конструктором задано, что для нормальной работы необходим зазор Л3аз=0,05... 0,75 мм, т. е. допуск на размер зазора Лаз=0,7 мм. Известны размеры: Ai — = 70_о,2 г, ^2=35_oJ. Следовательно, допуски Т\= =0,21 мм; Т2=0,2 мм.
Требуется определить толщину кольца 3 и допуск
Рис. 35.1
Выделяем (внизу на
на нее.
Решение. 1. размерную цепь рис. 35.1). Замыкающим звеном будет кольцо 3, звено 1 — увеличивающее, а звено 2 и зазор — уменьшающие.
2. Номинальный размер замыкающего звена определяем по формуле (35.7): A%=Ai — (Аг-рАзаз) = 70 —
_ (65-|-0)=5 мм.
3. Среднее отклонение поля допуска корпуса ACi = = 0,5(04* (—0,21)]=—0Д05 мм; шестерни АСг =
=0,5 [(—0,3) 4* (—0,5)]=—0,4 мм; зазора АСзаз= = 0,5(0,75 4-0,05)=0,4 мм.
4. Среднее отклонение поля допуска замыкающего
звена АС=—0,105 —(—0,44-0,4)=—0,105 мм.
5. Размер поля допуска замыкающего звена находим по формуле (35.9): 72 =—0,21—0,2 4-0,7 = 0,29 мм.
6. Предельные отклонения замыкающего звена опре-
Таблица 35.2
Xs варианта Размеры, мм
41 Лг Лэаз
I: х ЮО-0.5 90-0.2 0,4...0,9
II; IX 20—0.1 17-0,08 0,2...0,4
III; VIII 7Q4-0.25 60 ±0,1 0,5...0,8
IV; VII 55+0.3S 42 -0.2 0,35...0,55
V; VI 35_о.1 Q9-0.15 <0,3
253
деляем по формулам (35.10) и (35.11): ASe=-0,1054-4-0,5-0,29 = 0,04 мм; Д/х=-0,105-0,5-0,29=—0,25 мм.
7. Предельные размеры замыкающего звена определяем по формулам (35.13) и (35.12): A2mas = 54-0,04 = = 5,04 мм; Azmh=5 — 0,25 = 4,75 мм.
8. Чертежный размер толщины кольца Дз==5±о;25 мм.
Задача 35.2. Рассматривая фрагмент сборочного чертежа редуктора (рис. 35.1), определить размер толщины кольца Аз с допуском, если заданы размеры корпуса Ai, шестерни — Ач и зазора A3a3 (варианты — в табл. 35.2).
Расчет размеров отверстия и вала при сборке методом групповой взаимозаменяемости (селективной сборки)
Пример 35.3. Соединение вала с отверстием предполагалось осуществить по посадке 0 50/76/йб. Однако по экономическим соображениям было решено понизить точность изготовления деталей на два квалитета и применить метод групповой взаимозаменяемости (метод селективной сборки).
Требуется определить число размерных групп и размеры диаметров деталей в этих группах.
Решение. 1. Анализ размерной цепи по предварительным данным состоит в определении предельных размеров зазора S' в рассматриваемом соединении:
Smax = Дтах — 50,01 6 — 49,984 = 0,032 MMJ
S min== D min — rfmax== 50,0 — 50,0 = 0.
Допуск зазора соединения 7’6=0,032 мм, а средняя величина допуска зазора соединения по конструкторским данным 7'6с= 7’6/2 = 0,032/2=0,016 мм.
2. Определяем производственные допуски на размеры деталей соединения, изготовленных со снижением точности на два квалитета: для отверстия 0 507/8 (+0,039); допуск 7’д = 0,039 мм; допуск размера вала будет такой же; 74 = 0,039 мм, откуда допуск зазора 74=0,078 мм, а средний допуск зазора 7’$с=0,039 мм.
3. Верхнее предельное отклонение размера вала
es=(74 4-Т4-274с)=(0,0394-0,039-2-0,016)/2 = = 0,023 мм;
254
Таблица 35.3
Размер Группа
А Б в
Отверстия Вала Зазора Smax гр Зазора Smin гр Допуск зазо- ра ^Scp.rp 50 $ 01026 5О$§:8?3 0,039—0,01 = =0,029 0,026-0,023= =0,003 (0,029 4-0,003)/2= =0,016 5Офо;о?з 5О±§;§оз 0,026—(-0,003)= =0,029 0,013-0,010= =0,003 0,016 5О+0013 с А — 0.003 Qis 0,013-(-0,016)= =0,029 0-(-0,003)= =0,003 0,016
нижнее предельное отклонение размера вала ei = (TD — Td —2TSc)/2 =(0,039-0,039-2X X 0,016)/2=—0,016 мм.
4. Число размерных групп равно пгр = Г sc/Tsc=0,039/0,016=2,4;
принимаем пгр=3 и обозначаем их буквами АБ и В.
5. Для групп А, Б и В определяем размеры отверстия и вала и их предельные отклонения, деля предельные отклонения на три равные части (табл. 35.3 и рис. 35.2).
6. В табл. 35.3 приведены также размеры зазоров для проверки вида соединения. Из данных таблицы видно, что зазоры, заданные конструктором, точно выполнены.
Достоинством способа групповой сборки является значительное снижение требований к качеству механической обработки. Недостаток способа — дополнительные
Рис. 35.2
255
Таблица 35.4
№ варианта Посадка соединения Экономическая точность обработки (квалитет точности) № варианта Посадка соединения Экономическая точность обработки (квалитет точности)
отверстия вала отверстия вала
I 80Я7/п6 9 8 VI 75Я7/&6 9 8
II 100//7//7 9 10 VII 60Н7/Н6 9 8
III 60V7//I6 9 8 VIII 40Я7/п6 9 9
IV 180Я6/§6 8 9 IX 180W6/g6 8 9
V I5F8//I6 10 8 X 55H7/f7 9 9
затраты на сортировку деталей, усложнение сборки и хранения деталей по группам, увеличение незавершенного производства и усложнение подбора запасных частей при ремонте.
Задача 35.3. Соединение вала с отверстием должно осуществляться по посадке, варианты которой даны в табл. 35.4. Экономическая точность механообрабатывающего оборудования позволяет получить менее точные детали. Требуется определить число размерных групп и предельные размеры отверстий и валов каждой размерной группы при осуществлении селективной сборки.
Определение силы запрессовки
Пример 35.4. Разрабатывается операция сборки неподвижного соединения двух стальных деталей под прессом (рис. 35.4). Данные: dHC= LOO/77/гб; di = 50 мм; ^2=250 мм; /=80 мм; шероховатость поверхности вала Ла 1,25, отверстия Ла 2,5.
Требуется определить силу запрессовки.
Решение. 1. Максимальный натяг в соединении Wmax = 0,073 ММ.
2. Удельное давление на контактных поверхностях находим по формуле (35.15), в которой поправка, учитывающая смятие шероховатостей, по формуле (35.16) равна
уш = 5(2-5+1,25)=0,01875 мм.
Коэффициенты Ляме по формулам (35.17) равны
256
r _ 1002 + 502 Пп__1 от г _ 2502+ 1002
C|-106^50!-~U’,i—М/> С2~2502-W
4-0,3=1,68,
откуда
_ (0,073-0,019)-2. 10" _ng 1 в Па =
Р'т,ах 100(1,37+1,68) U Иа
= 35,4 МПа.
3. Для нахождения силы запрессовки применяем формулу (35.14):
/+=1,2-0,095-35,4- 106л-100-10"3 - 80-10~3=
= 101 426 Н= 101,5 кН.
4. Входные фаски на деталях, собираемых под прессом, равны [7]: у вала а=1 мм, у отверстия А — 1,6 мм; угол уклона фасок равен 10°.
Задача 35.4. Для соединения деталей с натягом (размеры по вариантам в табл. 35.5) требуется определить силу запрессовки стального вала во втулку.
Определение необходимой температуры при поперечной запрессовке
Пример 35.5. Разрабатывается операция сборки неподвижного неразъемного соединения двух деталей способом термической деформации по посадке 0 2ОО/78/и8. Температура в помещении сборки 20°С.
257
Таблица 35.5
№ варианта Диаметр соединения d и С(М м Втулка Вал
наружный диаметр d2, мм длина /, мм материал шероховатость R&, мкм диаметр отверстия di. мм шероховатость Ra, МКМ
I 12//8/х8 — 80 Сталь 0,63 70 1,25
II 10/76/г5 30 25 Латунь 0,63 — 0,63
III 150/76/г5 — 100 Сталь 1,26 75 2,5
IV 70Я7/з6 150 50 » 2,5 — 5,0
V 200/78/z8 — 120 Чугун 2,5 70 1,25
VI 120/78/х8 — 40 Сталь 0,63 — 1,25
VII 10/76/г5 30 55 Латунь 0,63 3 0,63
VIII 150/76/г5 — 75 Сталь 1,26 30 2,5
IX 70/77/S6 150 75 » 2,5 35 5,0
X 200/78/Z8 — 90 Чугун 2,5 — 1,25
Требуется определить температуру t0, до которой нужно нагреть стальную втулку.
Решение. 1. Вначале определяем наибольший натяг соединения. Втулка имеет отверстие диаметром 2OO+0,072; диаметр вала 2ОО+о;2зв. Следовательно, Wmax=0,308 мм.
2. Минимально необходимый для сборки зазор 5св принимается равным минимальному зазору в посадке H8/g6 того же номинального размера: Зт|п=0,015 мм.
3. Определяем температуру нагрева втулки по формуле (35.18):
0.308 + 0,015 . 0,323-106 .
11,75-10^-200 "Г2и— 11,75-200
20=157,5°С.
Таблица 35.6
№ варианта Диаметр соединения, мм Материал втулки № варианта Диаметр соединения, мм* Материал втулки
I 470/76/г5 Сталь VI 27/78/z8 Бронза
II 150/77/s6 Чугун VII 45/77/U7 Сталь
III 100/78/и8 Бронза VIII 80/78/Z8 Чугун
IV 200/77/u7 Чугун IX бО/77/зб Алюминий
V 75/78/Z8 Алюминий X 75/76/z5 Сталь
258
Важно отметить, что такая невысокая температура не вызывает изменений в структуре металла и других вредных воздействий.
Задача 35.5. Для разрабатываемой операции сборки неподвижного соединения двух деталей (вал изготовлен из стали) способом термической деформации определить температуру, до которой нужно нагреть (или охладить) одну из деталей соединения, если температура в помещении сборки 20°С (данные к вариантам — в табл. 35.6).
Разработка схемы сборки изделия
Пример 35.6. Составить схему сборки поводкового зубчатого центра типа А по ГОСТ 18257—72 (см. рис. 20.9), состоящего из корпуса 1, пробки 2, установочной гайки 3, центра 4, шайбы 5, гайки 6, поводка 7, пружины 8 и винта 9.
Решение. В развернутой схеме сборки (рис. 35.3) указываем составные части изделия, выделяем базовую деталь (корпус 1) и устанавливаем последовательность соединения деталей. При выполнении работы необходимо руководствоваться ГОСТ 23887—79. На схеме выделена узловая сборка (детали 9, 3, 8 и 4) и даны некоторые указания: Ст — сборка на стенде, В — выверка, И — испытание, Ко — контроль окончательный.
Задача 35.6. Составить схему сборки изделия (варианты даны в табл. 35.7).
$ 36. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЧАСТКОВ МЕХАНИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
При проектировании новых производств и при реконструкции существующих выполняется работа по проектированию цехов и участков. При этом решается большой комплекс вопросов технического, организационного, экономического и социального характера.
259
Таблица 35.7
№ варианта Наименование изделия Страница* № варианта Наименование изделия Страница*
I Цилиндр пневма- VI Привод поршне-
тический 14 ВОЙ 48
II Кондуктор 15 VII Приспособление 57
III Прихват пере- VIII Тиски эксцентри-
движной 24 ковые 61
IV Цилиндр гидрав- IX Приспособление 63
лический 28 зажимное
V Зажим гидравлический 46 X Кондуктор 65
* С. К. Боголюбов. Чтение и деталированне сборочных чертежей: Альбом чертежей. М., 1978.
Главной целью работы является создание цеха (участка), который будет соответствовать передовому уровню современной техники и технологии производства, обеспечиват выпуск высококачественной продукции в заданном объеме при самых высоких технико-экономических показателях и при самых благоприятных условиях труда.
При проектировании участка механического цеха пользуются рабочими чертежами деталей, планируемых к изготовлению на участке, данными об объеме выпуска деталей каждого наименования, комплектами технологических документов, паспортными данными об оборудовании и производственных зданиях, а также техническими справочниками и др.
Расчет количества оборудования, потребного для участка, ведется для каждого типа или модели станка исходя из суммарной трудоемкости всех операций, выполняемых на станках этой модели:
Ср = 0,0167[ 2 (/ш.кЛгол,)]/(Ф д.годСм), (36.1)
i
где Ср—расчетное число станков данной модели; <ш.к — штучно-калькуляционное время каждой операции, мм; Дгод — объем выпуска деталей, шт.; Фд.Год — действительный годовой фонд времени работы оборудования в одну смену с учетом потерь времени на планово-предупредительный ремонт, ч: См — число смен по режиму работы цеха; i — рассматриваемый вид операции.
260
При двухсменном режиме работы цеха расчетное число станков определяется по формуле
Ср = 0,000249[ 2 (Гш.ыДгод/)], i
где /ш.к — штучно-калькуляционное время в часах. Выражение S (/щ.к/ Дгод1) соответствует суммарной годовой трудоемкости обработки деталей на станке (в этой формуле принято Фд.ГОд=4015 ч [13]).
Принятое для участка число станков Спр определяют округлением числа СР до ближайшего большего целого числа.
Расчеты по определению годовой трудоемкости обработки по каждой модели станка и по расчету числа станков участка для удобства и компактности оформляется в виде таблицы, наподобие табл. 36.1.
Площадь участка механического цеха делится на производственную площадь, занятую производственным оборудованием, включая места для рабочих, площадь для хранения заготовок, для межоперационных транспортных средств, а также площадь проездов и проходов. Ориентировочное определение площади производят по укрупненным показателям в зависимости от размеров станков [13].
Современные здания промышленного типа создаются путем компоновки унифицированных типовых секций площадью 144X72 или 72X72 м. По ширине они делятся на пролеты шириной 12, 18 и 24 м, вдоль пролета находятся ряды колонн с шагом 12 м, а у пристеночных рядов их шаг равен 6 или 12 м.
Планировку цехов с единичным и мелкосерийным производством производят по типам оборудования, а цехов с серийным и массовым производством — по ходу технологического процесса. В этом случае стацки образуют поточную линию обработки одного вида деталей или группы деталей. Такое расположение позволяет легче решать вопросы межоперационного перемещения заготовок. В современных' цехах внедряются автоматические транспортно-складские системы (АТСС) с дистанционным управлением и адресованием грузов по операциям [8].
На планировках участков для изображения станков используются вырезанные из бумаги или картона темпле-ты, в принятом масштабе повторяющие габариты и форму станка. При расположении темплетов на плани-
261
Таблица 36.1
Номер детали Объем выпуска деталей в гид Номер операции
005 010 015 020 025 030 035 040 045 050 055 060 065 070 075 080 Трудоемкость летали, мин
Код операции
4261 4261 4221 4111 4261 4133 4133 4112 4224 4121 4121 4192 4192 0130 0180 0220
Модель станка
6Р12 6Р12 2Р135Ф2 1М365 6Р12 ЗД722 ЗЕ7П 1Н713 2706 2Н125 2Н150С ЗГ833 ЗГ833 Моечная машина Верстак Контрольная плита
Штучно-калькуляционное время мин
50 1312.021 50 1312.022 50 1312.023 30 000 24 000 36 000 3,31 3,5 3,0 2,61 2,7 2,01 3,9 5,13 3,27 5,07 4,02 3,35 1,9 1,8 1,92 2,55 1,52 1,12 3,03 2,0 3,36 2,58 1,51 5,15 3,38 3,1 2,36 1,55 1,9 3,0 1,89 2,07 4,03 2,74 2,9 6,0 4,1 2.4 2,01 2,27 2,5 2,26 1,83 —• 42,16 48,35 31,04
ровке учитывают нормы на расстояния между станками и расстояния от колонн и стен до станков. Масштаб исполнения планировок чаще всего 1:100 (реже 1:50 и 1:200). Располагая станки на участке, следует обеспечивать рациональную организацию рабочего места в соответствии с требованиями НОТ и техники безопасности. Особое внимание должно быть уделено организации рабочих мест с многостаночным обслуживанием, в частности станков с ЧПУ.
Планирование участка механического цеха
Пример 36.1. Проектируется участок механического цеха с крупносерийным производством по изготовлению корпусов трех видов (см. табл. 36.1). Режим работы — двухсменный. Требуется рассчитать потребное количество оборудования и выполнить планировку участка.
Решение. 1. Определяем трудоемкость по каждой модели станка (Т,).
Так, на станке модели 6Р12 годовая трудоемкость по детали 50 1312.021 равна
ТбР12 = (/ ш.кООЗ + 1щ.кОЮ + / ш.кО25)Д год/60-
=(3,31 + 2,61 + 1,9) • 30 000/60 = 3910 ч.
Аналогично определяется годовая трудоемкость по деталям 50 1312.022 и 50 312.023. Годовая трудоемкость на станке 6Р12 по всем трем деталям
ТбР12г=3910-]-3200+ 3006= 10 116 ч.
2. Расчетное число станков 6Р12 равно:
СбР12=Tfipi2s/02cM — Ю 116/4015 = 2,52.
Округляем число станков до 3.
3. Коэффициент загрузки станков по времени равен
/<загр = Ср/С„р = 2,52/3 = 0,84.
Для удобства выполнения расчетов и компактности результаты расчетов целесообразно заносить в таблицу, как в табл. 36.2.
4. Средний коэффициент загрузки оборудования всего участка определяем по формуле
К3агр.ср= 2 Ср/( S Спр)= 13,89/17=0,82.
263
Таблица 36.2
Наименование детали, наименование показа-теля, обозначение и формула расчета Модели оборудования участка. Суммарная вели-чина показателя
6Р12 2Р135Ф2 1М365 ЗД722 ЗЕ711 1Н713 2706 2Н125 2С150 3F833 Моечная машина Верстак
50 1312.021 Штучно-калькуля-ционное время /шк, мин 7,82 3,9 Р 5,07 асчет т 1,92 рудоем* 1,12 СОСТИ yt 3,36 астка 4,1 3,1 1,9 4,97 2,4 2,5 42,16
Годовая трудоемкость Т, ч 3910 1950 2535 960 560 1680 2050 1550 950 2485 1200 1250 21080
50 1312.022 Штучно-калькуля-ционное время 1ш.«, мин 8,0 5,13 4,02 2,55 3,03 2,58 3,38 2,36 3,0 10,03 2,01 2,26 48,35
Годовая трудоем кость Т,ч 3200 2052 1608 1020 1212 1032 1352 944 1200 4012 804 904 19340
50 1312.023 Штучно-калькуляционное время 1ш.«, мин 5,01 3,27 3,35 1,52 2,0 1,51 — 1,55 1,89 6,84 2,27 1,83 31,40
Годовая трудоем кость, Т,ч 3006 1962 2010 912 1200 906 — 930 1134 4104 1362 1098 18624
Годовая трудоем кость участка, ч 10116 5964 6153 2892 2972 3618 3402 3424 3284 10601 3366 3252 59044
расчет потребного оборудования
Расчетное число станков Ср 2,52 1,48 1,53 0,72 0,74 0,9 0,85 0,85 0,82 2,64 0,84 (0,81) 13,89
Принятое число станков С„о 3 2 2 1 1 1 1 1 3 1 (1) 17
Коэффициент загрузки станков по времени Х1агр 0,84 0,74 0,77 0,72 0,74 0,9 0,85 0,85 0,82 0,88 0,84 — 0,82 (средний)
Таблица 36.3
№ варианта I II III IV V
Модель станка 6Р12 2Р135Ф2 1М365 ЗД722 1Н713

Xs варианта VI VII VIII IX X
Модель станка 2С150 ЗГ833 2Н125 2706 ЗЕ711
5. Планировку оборудования на участке (рис. 36.1) производят на основе данных о последовательности выполнения операций (см. табл. 36.1) и установленного числа станков каждой модели (см. табл. 36.2) с учетом используемых транспортных средств. В нашем примере воспользуемся одним из вариантов автоматической транспортно-складской системы (АТСС) типа ОРГ-2. Это напольная система дистанционного управления с адресованием грузов по операциям технологического процесса. Она состоит их механизированного комплектовочного склада заготовок и технологической оснастки 1, который расположен в левой части пролета. В складе имеется контрольно-диспетчерский пункт 2, кран-штабелер 3, стеллажи 4 и роликовый конвейер с поворотным столом 5.
Приемо-отправочные станции расположены у каждого рабочего места вдоль рельсового пути, по которому перемещается каретка-оператор 6, осуществляющая все транспортные операции между двумя соседними участками. Каретка управляется с пульта диспетчера 2 или с пульта самой каретки. Погрузка и выгрузка тары с заготовками тоже осуществляется автоматически. Участок занимает в пролете площадь шириной 5,5 м и длиной 72 м.
Упражнение 36.1. Используя исходные данные к примеру, проверить правильность расчета потребного количества станков и их загруженности по времени (см. табл. 36.2) для варианта, указанного в табл. 36.3.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Антонюк В. Е. В помощь молодому конструктору станочных приспособлений. Минск, 1975.
2. Бабушкин А. Э. и др. Технология изготовления металлообрабатывающих станков и автоматических линий, М., 1982.
3. Гельфгат Ю. И. Сборник задач и упражнений по технологии машиностроения. М., 1975.
4. Горошкин А. К. Приспособления для металлорежущих станков. Изд. 7-е. М„ 1979.
5. Данилевский В. В. Справочник молодого машиностроителя: Изд. 3-е. М„ 1973.
6. Данилевский В. В. Технология машиностроения. — Изд. 5-е. М„ 1984.
7. Допуски и посадки/Под ред. В. Д. Мягкова М., 1978.
8. Жданович В. Ф., Г ай Л. Б. Комплексная механизация и автоматизация в механических цехах. М., 1976.
9. Иллюстрированный определитель деталей машиностроительного применения. Классы 40 и 50 Общесоюзного классификатора продукции М„ 1977.
10. Косилов А. Г., Мещеряков Р. К-, Калинин М. А, Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении. М., 1976.
11. ЛоктеваС.Е. Станки с программным управлением. М., 1979.
12. Лавриненко М. 3. Технология машиностроения н технологические основы автоматизации. Киев, 1982.
13. Мамаев В. С., Осипов Е. Г. Основы проектирования машиностроительных заводов (цехи механосборочного производства). М., 1974.
14. Машиностроительные материалы/В. М. Раскатов, В. С. Чуен-ков, И. Ф. Бессонов, Д. А. Вейс, Изд. 3-е. М., 1980.
15. Обработка металлов резанием/Под ред. Г. А. Монахова. Изд. 3-е. М. 1974.
16. Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного, на обслуживание рабочего места и подготовительно-заключительного для технического нормирования станочных работ. Серийное производство. Изд. 2-е. М., 1974.
17. Общемашииостроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. 3-е изд. 1974—1978.
18. Станочные приспособления/Под ред. Б. Н. Вердашкина н др. М„ 1984.
268
19. Станки с программным управлением/Г. А. Монахов, А. А. Оганян, А. И. Кузнецов и др. М., 1975.
20. Справочник технолога-прнборостроителя/Под ред. В. П. Сыро-ватченко. Изд. 2-е. М., 1980.
21. Справочник технолога-машииостронтеля/Под ред. А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова и А. П. Малова. Изд. 4-е. М., 1985.
22. Технологический классификатор деталей машиностроения и-приборостроения. М., 1974.
23. Чернов Н. Н. Металлорежущие станки. Изд. 3-е. М., 1978.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................................................... 3
Глава I. Основы проектирования технологических процессов 5
§ 1. Производственный и технологический процессы ... 5
§2. Точность механической обработки................. 10
§3. Шероховатость обработанной поверхности.......... 15
§4. Базы и принципы базирования.......................... 17
§ 5. Выбор и конструирование исходных заготовок .... 25
§6. Технологичность конструкции..................... 41
§ 7. Припуски на механическую обработку. Операционные размеры и их допуски................................ 48
§ 8. Порядок проектирования технологических процессов . . 63
§ 9. Технологическая документация....................... . 75
§ 10. Контроль качества продукции..................... 80
Глава II. Основы проектирования приспособлений .... 86
§11. Общие сведения о приспособлениях...................... 86
§ 12. Методы установки заготовок. Установочные элементы приспособления...........................;................. 92
§ 13. Зажимные элементы приспособлений...................... 95
§ 14. Механизированные приводы приспособлений .... 99
§ 15. Направляющие элементы приспособлений................. 104
§ 16. Делительные и поворотные устройства приспособлений 107
§ 17. Корпуса приспособлений............................... 108
§ 18. Универсально-сборные ц универсально-наладочные приспособления .............................................. 111
§19. Методика проектирования приспособлений........... 113
Глава III. Методы обработки основных поверхностей деталей машин........................................... 125
§20. Обработка наружных поверхностей тел вращения . . . 125
§21. Обработка внутренних поверхностей (отверстий) . . . 148
§22. Обработка резьбовых поверхностей................. 157
§ 23. Обработка деталей на токарных револьверных, карусельных и автоматизированных станках ..................... 162
§24. Обработка плоских поверхностей н пазов......... 191
§25. Обработка фасонных поверхностей.................. 198
§ 26. Обработка поверхностей зубьев........................201
§ 27. Обработка шлицевых поверхностей.......................206
§ 28. Особые методы обработки...............................208
§29. Обработка деталей из жаропрочных материалов и термостойких пластмасс..................................213
§30. Экономическая оценка технологических процессов . . 215
270
Глава IV. Методы изготовления типовых деталей машин . . 223
§31. Обработка валов................................ 223
§ 32. Обработка дискообразных деталей................ 232
§ 33. Обработка корпусных детален.................... 237
§ 34. Обработка зубчатых колес....................... 242
Глава V. Технология сборки машин.............................247
§ 35. Проектирование технологического процесса сборки . . 247
§ 36. Проектирование участков механических цехов .... 259
Список литературы........................................... 268
Учебное издание
Юрий Исаевич Гельфгат
СБОРНИК
ЗАДАЧ
И УПРАЖНЕНИЙ по технологии машиностроения
Зав. редакцией К. И. Аношина. Редактор А. В. Дубровский. Мл. редактор Н. М. Иванова. Худ. редактор Л. К. Громова. Тех. редактор 3. А. Муслимова. Корректор Г. А. Чечеткина
ИБ № 5388
Изд. № ОТ-519 Сдано в набор 26.12.85. Подп. в печать 03.04.86. Формат 84ХЮ8'/з2- Бум. кн.-журн. №2. Гарнитура тайме. Печать высокая. Объем 14,28 усл. печ. л. 14,59 усл. кр.-отт. 13,87 уч. нзд. л. Тираж 52 000 экз. Зак. № 961. Цена 50 коп.
Издательство «Высшая школа», 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., Д. 29/14.
Ярославский полиграфкомбинат «Союзполиграфпрома» при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
150014, Ярославль, ул. Свободы, 97.