Расчет размеров заготовки и припусков
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Назначение детали, обоснование выбранных размеров
Необходимо разработать технологический процесс изготовления детали проектируемого узла.
Деталью является ось. Ось изготавливается из стали 10ГОСТ 1050-88.
Обозначим размер между головками буквой А, длину головки буквой В; длину стержня оси – С (С=А+2В). Радиус закругления продольного профиля обозначим буквой D, диаметр стержня оси – К, максимальный диаметр головки - Т. Размеры центровки отверстий А6,3 по ГОСТ14034-74.
Шероховатость поверхности оси Rа=10.
Обоснование выбора заготовки
При выборе технологических методов и процессов получения заготовок учитываются прогрессивные тенденции развития технологии машиностроения.
Решение задачи формообразования детали целесообразно перенести на заготовительную стадию и, тем самым, снизить расход материала, уменьшить долю затрат на механическую обработку в себестоимости готовой детали.
Для этого необходимо в конструкции заготовки и технологии ее изготовления предусмотреть возможность экономии труда и материалов путем применения штампованных заготовок.
Так как деталь представляет собой тело вращения и имеет ступени, но заготовка несложная, поэтому для ее получения возможно применение горизонтально-ковочной машины усилием 1-4 мм (по рекомендации [12]).
Размеры заготовки будут рассчитаны в следующих разделах.
Приблизительная масса заготовки составляет один килограмм при массе детали в 0,38 кг.
Разработка технологического процесса
Операция 000.
Заготовительная. Отрубить прутки по типовому техпроцессу
Операция 005.
Точить оба торца, выдержать размер С.
Операция 010.
Центровочная. Размер центров по ГОСТ 14034-74 для отверстия центрового А6,3.
Операция 015.
Точить головку поверхности с размерами В15, К15, T15 с радиусом перехода R5,1 мм между ступенями.
Операция 020.
Точить вторую головку.
Операция 025.
Точить стержень пальца с выдержкой размеров Т20, К20, В20, А20, радиус перехода 5,1 мм.
Операция 030.
Точить фаски.
Операция 035.
Шлифовать поверхность пальца К, а также радиус закругления до размера 5 мм, длина шлифования - А.
Операция 040.
Шлифовать поверхность одной головки с получением размеров D. Операция 045.
Шлифовать поверхность другой головки.
Операция 050.
Закалка ТВЧ.
Операция 055.
Слесарная. Напильником зачистить острые края, заусеницы.
Операция 060.
Промыть, заполнить ярлык качества.
Операция 065.
Контрольная.
Расчет размеров заготовки и припусков
Методика расчета заимствована из [6].
Определим максимальные припуски, которые принимаются как глубина резания и используются для режимов резания.
Максимальный припуск 
вычисляется по формуле:
; (3.1)
, (3.2)
где 
– минимальный припуск;
– допуск размеров на предшествующем переходе;
– допуск размеров на выполняемом переходе;
– высота неровностей профиля на предшествующем переходе;
– глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе;
– суммарные отклонения расположения поверхности;
–погрешность установки заготовки на выполняемом переходе;
Рассчитаем припуски на размер К= 
мм.(см. таблица 3.1).
Значения RZ, h, 
, Тd рекомендованы [6].
Аналогично рассчитывается размер Т= 
мм.
Припуск на точение составляет 2,6 мм, на шлифование 0,38 мм. Размер То (заготовки) равен 130 мм (это максимальный размер, минимальный равен 129,5 мм).
Для размера D припуск на шлифование 0,2 мм.
Размер С выполняется после фрезерования торцов С=322 
мм,
припуск на обработку 3 мм с одного торца.
Следует заметить, что параметры RZ, h, одинаковы для всех размеров.
Размер В=36 
– изготавливается на операциях точения и припуск на обработку равен 2 мм (то есть размер В0=38 
мм).
Таблица 3.1 – Карта расчета припусков на обработку
| Поверхность и Технологичес кий маршрут | Элементы припуска, мкм | 2Zmin, мкм | Миним Размер, мм | Тd, мкм | Округлен-ные размеры, мм | 2Zmin мм | ||||
| h |
| 
| dmax | dmin | |||||
| Штамповка | - | - | 36,49 | 37,7 | 36,5 | - | ||||
| Обтачивание Однократное | - | - | 35,07 | 35,2 | 2,45 | |||||
| Шлифование черновое | - | - | 34,948 | 34,948 | 0,25 |
Эскиз заготовки с окончательными размерами представлен на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 – Эскиз заготовки
Расчет режимов резания
выполняется по [6]
Операция 005. Токарная
1) Расчет длины рабочего хода суппорта:
L рх=L рез+У;
где L рез1=130мм, для первого суппорта. L рез2=10мм,
У1=8мм, У2=5мм,
L рх1=130+8=138мм, Lрх1=10+5=15мм, для второго суппорта.
2) Назначение подачи суппортов на оборот шпинделя S0 в мм/об.:
а) в соответствии с нормативами рекомендуемые подачи S01=0.6мм/об., S02=0,4мм/об.;
б)уточнение подачи по паспорту станка (токарный многорезцовый копировальный полуавтомат ШТ 1ТФЗ с бесступенчатыми регулированием измерения подачи) S01=0,6мм/об, S02 =0,4мм/об;
3) Определение стойкости инструмента по нормативам Тp, мин.
ТР=Тм 
, (3.11)
где Тм – стойкость в минутах машинной работы станка,
Тм=100мин,
- коэффициент времени резания,
= 
, т.к. инструмент установлен на суппорте , имеющем наиболее продолжительное время работы.
и так как >0,7, Тм 
ТР.
Инструмент – проходной резец с пластиной из твердого сплава Т15К6 установлен на продольном суппорте, фасонный резец из быстрорежущей стали установленный на поперечном суппорте.
ТР=100мин.
4) Расчет скорости резания, числа оборотов шпинделя в минуту:
а)определение рекомендуемой нормативами скорости резания копировального резца.
Vтабл= 109м/мин (угол резца в плане -< 
=63°).
V= Vтабл.·К1·К2·К3,
где К1- коэффициент, зависящий от размеров обработки, К1=0.75
К2 - коэффициент, зависящий от стойкости и мерки твердого сплава,
К2=1.25;
К3 - коэффициент, зависящий от вида обработки, К3=1.05
V=105·0,75·1,25·1,05=103,З м/мин.
б) расчет числа оборотов шпинделя, соответствующего
рекомендуемой скорости резания для ступени с диаметром Ø35мм.
n 
, (3.12)
где d- диаметр вала
n = 
=1096 об/мин;
в) уточнение числа оборотов шпинделя по паспорту станка:
n=1100 об/мин.
г) уточнение скорости резания по принципу числа оборотов:
V= 
·d·n/1000
V=3,14·29·1100/1000=103,6 м/мин.
5) Расчет основного машинного времени обработки tм в минутах:
tм = Lрх1/ S01·П; (3.13)
tм =138/0,6·1100=0,497 мин.
6) Проверочные расчеты по мощности резания:
а) определение по нормативам сил резания RZ в кВт:
для копировального резца:
РZ=Pтабл.·К1·К2, (3.14)
где К1 – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала (сталь 10.), К1 = 0,85,
К2 – коэффициент, зависящий от скорости резания и переднего угла инструмента ( =60°), К2 = 1,04,
PZтабл. = 168 КГ,
РZ = 168·0,85·1,04 = 148,5 кг
для фасонного резца:
PZтабл. = 120 КГ, К1 = 1,2, К2=1,
РZ = 120·1,2·1=144 кг.
б) определение потребной мощности в кВт:
Nрез = РZ·V/6120, (3.15)
Nрез1 =148,5·103,6/6120=2,5 кВт, для копировального резца,
Nрез2 =144·103,6·1,37/6120=3,4 кВт, для фасонного резца.
Суммарная мощность
Nрез = 2,5+3,4=5,9 кВт.
в) проверка по мощности двигателя
NДВ = 8,5 кВт, 
= 0,8,
По формуле (3.12):
Nрез. = 5,9 кВт < 8,5·1,2·0,8 = 8,16 кВт.
Операция 030. Шлифовальная
1) Расчет скорости шлифовального круга:
Vкр = D·nкр/1000·60,
где D = 350мм- диаметр круга,
nкр = 2350об/мин, - частота вращения круга,
Vкр = 3,14·350·2350/1000·60=43м/сек,
2) Выбор характеристик шлифовального круга;
При шлифовании вала класса частоты поверхности IТ6, точности обработки 
>0,03мм и материала вала - сталь, выбираем шлифовальный круг Э540С2-СТ1 5К.
3) Расчет скорости V в м/мин и числа оборотов n в минуту детали:
а) определение рекомендуемой нормативами скорости вращения
детали:
при Vкр = 43м/сек, V = 40м/мин;
б) расчет числа оборотов шпинделя, соответствующего рекомендуемой скорости и уточнение его по паспорту станка (круглошлифовальный станок ЗМ150):
n = 
;
где d = 35мм – диаметр детали,
n = 
= 426,6 об/мин;
в) уточнение скорости вращения детали по принятым оборотам шпинделя (424 об/мин, ввиду бесступенчатого регулирования):
V = ·d·n/1000;
V = 3,14·29·424·10 
=40 м/мин;
4) Выбор минутной поперечной подачи Sм в мм/мин:
При автоматическом цикле,
Sм= S мпр.табл.·К1·К2·К3;
где Sмпр.табл. – минутная подача. При ширине шлифования В = 250мм и диаметре шлифуемого вала d= 30 мм.
Sмпр.табл.пр.= 1,2мм/мин – на предварительном этапе цикла;
S мпр.табл.ок. = 0,37мм/мин – на окончательном этапе цикла;
К1 – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала и скорости круга, К1 = 0,96;
К2 – коэффициент, зависящий от припуска и точности, К2 =1
К3 – коэффициент, зависящий от диаметра круга, характера поверхности, К3=0,8;
Sм.пр. = 1,20,96·1·0,8=0,92мм/мин;
Sм.ок. = 0,37·0,9·1·0,8=0,28мм/мин;
5) определение времени выхаживания tвых. в мин. При точности обработки =0,052мм, В=115мм, d=28мм, время выхаживания
tвых. =0,08мин;
6) определение величины слоя, снимаемого при выхаживания aвых. в мин:
при tвых.=0,08мин и Sм.пр.=0,92мм/мин, aвых.=0,02мин
8) Расчет машинного времени tм в мин.
При автоматическом цикле шлифования:
Tм = 
; (3.19)
где а - припуск снимаемый с одной стороны, а = 0,125мм,
tм = 
мин.
Операция 025. Токарная
1) Расчет длины рабочего хода суппорта:
L рх = L рез+У;
где L рез1 = 290мм, для первого суппорта. L рез2 = 10мм,
У1 = 8мм, У2 = 5мм,
L рх1 = 290+8= 298мм, Lрх1 = 10+5=15мм, для второго суппорта.
2) Назначение подачи суппортов на оборот шпинделя S0 в мм/об.:
а) в соответствии с нормативами рекомендуемые подачи S01=0.6мм/об., S02=0,4мм/об.;
б)уточнение подачи по паспорту станка (токарный многорезцовый копировальный полуавтомат ШТ 1ТФЗ с бесступенчатыми регулированием измерения подачи) S01=0,6мм/об, S02 =0,4мм/об;
3) Определение стойкости инструмента по нормативам Тp, мин.
ТР = Тм , (3.11)
где Тм – стойкость в минутах машинной работы станка,
Тм = 100мин,
- коэффициент времени резания,
= , т.к. инструмент установлен на суппорте , имеющем наиболее продолжительное время работы.
и так как >0,7, Тм ТР.
Инструмент – проходной резец с пластиной из твердого сплава Т15К6 установлен на продольном суппорте, фасонный резец из быстрорежущей стали установленный на поперечном суппорте.
ТР=100мин.
4) Расчет скорости резания, числа оборотов шпинделя в минуту:
а)определение рекомендуемой нормативами скорости резания копировального резца.
Vтабл= 109м/мин (угол резца в плане -< =63°).
V= Vтабл.·К1·К2·К3,
где К1– коэффициент, зависящий от размеров обработки, К1=0.75
К2 – коэффициент, зависящий от стойкости и мерки твердого сплава,
К2 = 1.25;
К3 – коэффициент, зависящий от вида обработки, К3=1.05;
V = 105·0,75·1,25·1,05=103,З м/мин.
б) расчет числа оборотов шпинделя, соответствующего
рекомендуемой скорости резания для ступени с диаметром Ø35мм.
n , (3.12)
где d – диаметр вала
n = 
=1096 об/мин.
в) уточнение числа оборотов шпинделя по паспорту станка:
n = 1100 об/мин.
г) уточнение скорости резания по принципу числа оборотов:
V = ·d·n/1000
V = 3,14·35·1100/1000=103,6 м/мин.
5) Расчет основного машинного времени обработки tм в минутах:
tм = Lрх1/ S01·П; (3.13)
tм = 298/0,6·1100=0,497 мин.
6) Проверочные расчеты по мощности резания:
а) определение по нормативам сил резания RZ в кВт:
для копировального резца:
РZ = Pтабл.·К1·К2, (3.14)
где: К1 – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала (сталь 10.), К1 = 0,85,
К2 – коэффициент, зависящий от скорости резания и переднего угла инструмента ( =60°), К2=1,04,
PZтабл. = 168 КГ,
РZ = 168·0,85·1,04 = 148,5 кг
для фасонного резца:
PZтабл. = 120 КГ, К1 = 1,2, К2 = 1,
РZ = 120·1,2·1=144 кг.
б) определение потребной мощности в кВт:
Nрез = РZ·V/6120, (3.15)
Nрез1 = 148,5·103,6/6120=2,5 кВт, для копировального резца,
Nрез2 = 144·103,6·1,37/6120=3,4 кВт, для фасонного резца.
Суммарная мощность
Nрез = 2,5+3,4=5,9 кВт.
в) проверка по мощности двигателя
NДВ = 8,5 кВт, = 0,8,
По формуле (3.12):
Nрез. = 5,9 кВт < 8,5·1,2·0,8=8,16 кВт.
Операция 030. Токарная
Расчет длины рабочего хода суппорта Lр.х.
, ( 1 )
где Lрез – длина резания, у - длины подвода, перебегов и врезания,
y = yподв+yn+yврез, ( 2 )
Lдоп – дополнительный ход;
yподв = yn=6мм;
yврез = 1мм;
y = 6+1=7мм;
Lpез = 3+0,5=3,5мм.
Lдоп = 0;
Lpx = 3,5+1=4,5мм.
Назначение подачи суппорта на оборот шпинделя S0 в мм/об из расчета суммарной глубины резания до 5мм по стали.
S0 = 0,4мм/об;
Определение стойкости инструмента.
, ( 3)
где ТМ –стойкость машинной работы, -коэффициент времени резания.
, ( 4 )
ТМ = 100мин.
T p = 100·0,78=78мин;
Расчет скорости резания и числа оборотов шпинделя.
, ( 5 )
где K1 – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, K1= 0,75;
K2 – коэффициент, зависящий от стойкости и марки сплава, K2 = 0,8
K3 – коэффициент, зависящий от вида обработки, K3 = 1,35;
Vтабл- скорость резания табличная = 120м/мин;
V = 120·0,75·0,8·1,35=97,5 м/мин.
Обороты шпинделя в минуту.
, ( 6 )
n = 1000·97,5/3,14·186=170 об/мин.
Расчет основного машинного времени.
, ( 7 )
tМ = 59,5/0,4·170=0,87мин.
Норма времени рассчитывается по следующей формуле:
, ( 23 )
где Т – норма времени, Тшт – норма штучного времени, Тпз – время подготовитель- но-заключительное, n - число деталей в партии.
Тшт = to+tв+tобс+tотд, ( 24 )
где tо – основное время, tв – вспомогательное время, tобс – время обслуживания, tотд – время на отдых и личное пользование.
, ( 25 )
;
t в= tуст+tпер+tном, ( 26 )
где tуст – время на установку, снятие, tпер – время перехода, tном – на контрольное измерение (не учитывается, так как перекрываемое)
tуст = 0,1мин.- в бесключевом патроне,
tпер= 0,025 мин.
tв = 0,1+0,025=0, 125мин.
tоп= tв+tо, ( 27 )
где tв – вспомогательное время, tо – основное время.
tоп = 0,87+0, 125=0,995мин.
Время на отдых нормируется в % от tоп и составляет 4%.
Время на обслуживание делят на время организационного обслуживания tорг и время технического обслуживания tтех, и оно составляет 8% от tоп.
tотд = 0,04·0,995=0,0398 мин.
tобс = 0,08·0,995=0,0796 мин.
Тшт = 0,87+0,995+0,0398+0,0796=1,9844 мин.